Mühendislikte Akışkanlar Mekaniği: Bernoulli İlkesinden Gerçek Dünya Pompa Sistemlerine

Borulardan akan su. Hidroliklerde hareket eden yağ. Havalandırmadan geçen hava. Akışkanlar mühendislik sistemlerinde her yerdedir, ancak davranışları sıklıkla gizemli görünür. Su akarken basınç neden düşer? Bir pompa akışkanı nasıl yukarı taşıyabilir? Borular neden bazen şiddetli titreşir?

Cevaplar akışkanlar mekaniğinde yatar—sıvı ve gazların çeşitli koşullar altında nasıl davrandığını inceleyen fizik dalı. İster bir su tedarik sistemi tasarlıyor, ister hidrolik presi arıza giderme yapıyor, ister bir HVAC sistemi boyutlandırıyor olun, akışkanlar mekaniğini anlamak esastır.

Bu kapsamlı rehber sizi temel ilkelerden pratik uygulamalara, teoriyi her gün karşılaştığınız sistemlerle bağlayan gerçek dünya örnekleriyle götürecektir.

Akışkanlar Mekaniği Nedir?#

Akışkanlar mekaniği, durağan ve hareket halindeki akışkanların (sıvılar ve gazlar) incelenmesidir. Şeklini koruyan katılar mekaniğinden farklı olarak, akışkanlar uygulanan kuvvetler altında sürekli deforme olurlar—akarlar.

Akışkanlar Mekaniği Mühendislikte Neden Önemlidir?#

Makine Mühendisleri: Pompalar, kompresörler, türbinler, HVAC sistemleri, hidrolik ekipman tasarlar İnşaat Mühendisleri: Su dağıtım şebekeleri, kanalizasyon sistemleri, sulama, taşkın kontrolü Kimya Mühendisleri: Proses boruları, reaktörler, ayırma ekipmanı, ısı eşanjörleri Havacılık Mühendisleri: Aerodinamik, yakıt sistemleri, pnömatik kontroller Elektrik Mühendisleri: Trafo, veri merkezi, güç santrali soğutma sistemleri

Temel Akışkan Özellikleri#

Denklemlere dalmadan önce, akışkan davranışını tanımlayan temel özellikleri anlayalım.

Yoğunluk (\rho)#

Tanım: Birim hacim başına kütle (kg/m³)

Yaygın Değerler:

• Su (20°C): 1000 kg/m³
• Deniz suyu: 1025 kg/m³
• Hidrolik yağ: 850-900 kg/m³
• Hava (deniz seviyesi): 1.225 kg/m³

Neden Önemli: Yoğunluk basınç hesaplarını ve pompa güç gereksinimlerini doğrudan etkiler. Ağır ham petrol (900 kg/m³) taşıyan bir pompa, aynı hacimde benzin (720 kg/m³) taşıyan pompadan daha fazla güç gerektirir.

Viskozite (\mu)#

Tanım: Akışa direnç—akışkanın "kalınlığı"

Dinamik Viskozite (μ): Pa·s veya santipuaz (cP) cinsinden ölçülür

• Su (20°C): 0.001 Pa·s (1 cP)
• Motor yağı (SAE 30): 0.3 Pa·s (300 cP)
• Bal: 10 Pa·s (10,000 cP)
• Hava: 0.000018 Pa·s (0.018 cP)

Kinematik Viskozite ($\nu$): Dinamik viskozite bölü yoğunluk (m²/s)

Neden Önemli: Viskozite borudaki sürtünme kayıplarını belirler. Bal pompalamak sudan 10,000 kat daha fazla basınç gerektirir!

Sıcaklık Etkisi: Viskozite sıcaklıkla dramatik şekilde azalır. 100°C'deki motor yağının viskozitesi 0°C'dekinin 1/10'udur—motorlar soğuk sabahlarda bu yüzden zorlanır.

Basınç (P)#

Tanım: Birim alan başına kuvvet (Pa, bar, psi)

Basınç Türleri:

Mutlak Basınç: Mükemmel vakumdan ölçülür

P_mutlak = P_atmosferik + P_gösterge

Gösterge Basıncı: Atmosferik basınca göre ölçülür (çoğu basınç göstergesi)

Atmosferik Basınç: 101,325 Pa = 1.01325 bar = 14.7 psi (deniz seviyesinde)

Statik ve Dinamik Basınç:

• Statik basınç: Akışkan durağan haldeyken basınç
• Dinamik basınç: Akışkan hareketinden kaynaklanan ek basınç (½$\rho$v²)

Süreklilik Denklemi: Kütlenin Korunumu#

Akışkan bir borudan aktığında, kütle yok olamaz veya hiçlikten türeyemez. Bu temel ilke matematiksel olarak ifade edilir:

Süreklilik Denklemi:

\rho₁ \times A₁ \times v₁ = \rho₂ \times A₂ \times v₂

Sıkıştırılamaz akışkanlar için ($\rho$ sabit), bu güzelce basitleşir:

A₁ \times v₁ = A₂ \times v₂ = Q (sabit)

Burada:

• A = Kesit alanı (m²)
• v = Hız (m/s)
• Q = Hacimsel akış hızı (m³/s)

Gerçek Dünya Örneği: Bahçe Hortumu Başlığı#

Su, hortum başlığını sıktığınızda neden daha hızlı fışkırır?

Verilen:

• Hortum çapı: 19 mm (alan = 0.000284 m²)
• Başlık çapı: 6 mm (alan = 0.000028 m²)
• Akış hızı: Q = 0.0005 m³/s (30 L/dakika)

Hesaplama:

Hortumda hız:

v₁ = Q / A₁ = 0.0005 / 0.000284 = 1.76 m/s

Başlıkta hız:

v₂ = Q / A₂ = 0.0005 / 0.000028 = 17.9 m/s

10 kat daha küçük alandan aynı akış, 10 kat daha yüksek hız sonucunu verir. Başlık enerji eklemez—alanı kısıtlayarak basıncı hıza dönüştürür.

Uygulama: Boru Boyutlandırma#

Bu ilke boru boyutlandırmasına rehberlik eder. Boru çapını iki katına çıkarırsanız:

• Alan 4 kat artar (alan ∝ çap²)
• Aynı akış hızı için hız 1/4'e düşer
• Sürtünme kayıpları dramatik şekilde azalır (v²'ye orantılı)

Bu nedenle ana dağıtım boruları büyüktür (düşük hız, düşük kayıp) son dallar ise daha küçüktür (kabul edilebilir hız, kompakt boyut).

Bernoulli Denklemi: Enerjinin Korunumu#

Akışkanlar mekaniğindeki en ünlü denklem, Bernoulli denklemi ideal bir akışkan için (sürtünmesiz, sıkıştırılamaz) akım çizgisi boyunca toplam enerjinin sabit kaldığını belirtir.

Bernoulli Denklemi:

P₁/(\rhog) + v₁²/(2g) + z₁ = P₂/(\rhog) + v₂²/(2g) + z₂

Veya yük (metre akışkan) cinsinden:

Basınç Yükü + Hız Yükü + Yükseklik Yükü = Sabit

Her terim birim ağırlık başına enerjiyi temsil eder:

• P/($\rho$g): Basınç yükü (m) - basınçtan enerji
• v²/(2g): Hız yükü (m) - kinetik enerji
• z: Yükseklik yükü (m) - potansiyel enerji

Gerçek Dünya Örneği: Sifon Etkisi#

Sifon, pompa olmadan sıvıyı yüksek tanktan alçak tanka taşır. Nasıl çalışır?

Düzenek:

• Tank A su yüzeyi: yükseklik 5m
• Sifon borusu 6m'ye çıkar, sonra iner
• Tank B su yüzeyi: yükseklik 1m
• Tanklarda hız $\approx$ 0 kabul edelim (büyük tanklar)

Tank A yüzeyinde (Nokta 1):

P₁ = Atmosferik (101.3 kPa gösterge = 0)
v₁ \approx 0
z₁ = 5m
Toplam yük = 0 + 0 + 5 = 5m

Tank B'deki çıkışta (Nokta 2):

P₂ = Atmosferik (0 gösterge)
z₂ = 1m
Toplam yük 5m'ye eşit olmalı

Hız için çözüm:

0 + v₂²/(2g) + 1 = 5
v₂²/(2\times9.81) = 4
v₂ = 8.86 m/s

4 metrelik yükseklik farkı 8.86 m/s akış hızı yaratır—sifon çalışır çünkü yükseklik enerjisi kinetik enerjiye dönüşür.

Kritik Soru: 6m'deki yüksek noktaya ne olur?

Tepede (Nokta 3):

P₃/(\rhog) + v₃²/(2g) + 6 = 5

v₃ $\approx$ v₂ kabul ederek (benzer boru boyutu):

P₃/(\rhog) + 4 + 6 = 5
P₃/(\rhog) = -5m

Negatif basınç yükü = -5m = -49 kPa mutlak (atmosferiğin 52 kPa altında)

Bu, suyu yukarı çeken vakum yaratır. Ancak tepe 11m'de olsaydı:

P₃/(\rhog) = -10m

Bu suyun buhar basıncına yaklaşır (~-10.3m, 20°C'de). Kolon kırılırdı—sifon başarısız olur. Bu nedenle sifonlar suyu yaklaşık 10 metreden fazla kaldıramaz.

Gerçek Akışkanlar: Sürtünme ve Enerji Kayıpları#

Bernoulli ideal akışkanları varsayar. Gerçek akışkanların viskozitesi vardır ve borulardan, fitinglerden, ekipmandan akarken sürtünme kayıpları (yük kaybı) yaratır.

Darcy-Weisbach Denklemi#

Borudaki sürtünme kaybı için temel denklem:

Formül:

h_f = f \times (L/D) \times (v²/2g)

Burada:

• h_f = Sürtünme nedeniyle yük kaybı (m)
• f = Darcy sürtünme faktörü (boyutsuz)
• L = Boru uzunluğu (m)
• D = Boru çapı (m)
• v = Akış hızı (m/s)
• g = 9.81 m/s²

Sürtünme Faktörünü (f) Belirleme#

Sürtünme faktörü şunlara bağlıdır:

1. Reynolds Sayısı (Re): Atalet kuvvetlerinin viskoz kuvvetlere oranı
2. Bağıl Pürüzlülük (ε/D): Boru pürüzlülüğü bölü çap

Reynolds Sayısı:

Re = (\rho \times v \times D) / \mu = (v \times D) / \nu

Akış Rejimleri:

• Laminer akış (Re < 2300): Düzgün, düzenli akış
  • f = 64 / Re
• Geçiş (2300 < Re < 4000): Tahmin edilemez
• Türbülanslı akış (Re > 4000): Kaotik, mühendislikte en yaygın
  • f, Moody diyagramı veya Colebrook denkleminden belirlenir

Tipik Reynolds Sayıları:

• 50mm borudaki su, 1 m/s'de: Re $\approx$ 50,000 (türbülanslı)
• Aynı borudaki bal: Re $\approx$ 50 (laminer)
• Kanaldaki hava, 10 m/s'de: Re $\approx$ 800,000 (yüksek türbülanslı)

Çözümlü Örnek: Boru Sürtünme Kaybı#

Sistem:

• Su akışı: 100 m³/saat (0.0278 m³/s)
• Boru: 100mm çap (D = 0.1m), uzunluk 50m
• Boru malzemesi: Ticari çelik (ε = 0.045 mm)
• Su sıcaklığı: 20°C ($\nu$ = 1.004 $\times$ 10⁻⁶ m²/s)

Adım 1: Hızı hesapla:

A = \pi \times D² / 4 = \pi \times 0.1² / 4 = 0.00785 m²
v = Q / A = 0.0278 / 0.00785 = 3.54 m/s

Adım 2: Reynolds sayısı:

Re = v \times D / \nu = 3.54 \times 0.1 / (1.004 \times 10⁻⁶) = 352,000

Türbülanslı akış doğrulandı (Re > 4000).

Adım 3: Bağıl pürüzlülük:

ε/D = 0.045 / 100 = 0.00045

Adım 4: Sürtünme faktörü (Moody diyagramı veya Colebrook denkleminden)

f \approx 0.019 (Re = 352,000 ve ε/D = 0.00045 için)

Adım 5: Yük kaybı:

h_f = 0.019 \times (50/0.1) \times (3.54²/(2\times9.81))
h_f = 0.019 \times 500 \times 0.639
h_f = 6.07 m

Yorum: Su, 50 metre boru boyunca sürtünme nedeniyle 6.07 metre yük (59.5 kPa basınca eşdeğer) kaybeder.

Boru çapını 200mm'ye iki katına çıkarırsanız:

• Hız 0.88 m/s'ye düşer (orijinalin 1/4'ü)
• Re 88,000'e düşer (hala türbülanslı)
• f $\approx$ 0.017
• h_f = 0.13 m (%97.8 azalma!)

Bu, büyük boruların neden enerji tasarrufu sağladığını gösterir—sürtünme kayıpları boru boyutuyla dramatik şekilde ölçeklenir.

Minör Kayıplar: Fitingler, Vanalar ve Ekipman#

Boru sürtünmesine ek olarak, akış şunlardan minör kayıplar yaşar:

• Dirsekler ve virajlar
• T'ler ve dallanmalar
• Vanalar (sürgülü, glob, çek, küresel)
• Genişlemeler ve daralmalar
• Giriş ve çıkış kayıpları

Formül:

h_minör = K \times (v²/2g)

Burada K kayıp katsayısıdır (boyutsuz, tablolardan).

Yaygın Kayıp Katsayıları#

Bileşen	K Değeri
90° standart dirsek	0.9
45° dirsek	0.4
T (ana hat boyunca)	0.6
T (dal boyunca)	1.8
Sürgülü vana (tam açık)	0.2
Glob vana (tam açık)	10
Çek vana	2.5
Boru girişi (keskin)	0.5
Boru çıkışı	1.0

Çözümlü Örnek: Fitingli Sistem#

Önceki boru ile aynı (100mm, 50m, v = 3.54 m/s), artı:

• 4× 90° dirsek
• 2× sürgülü vana (tam açık)
• 1× çek vana

Hız yükü:

v²/(2g) = 3.54² / (2\times9.81) = 0.639 m

Minör kayıplar:

h_minör = K_toplam \times 0.639
K_toplam = 4\times0.9 + 2\times0.2 + 1\times2.5 = 3.6 + 0.4 + 2.5 = 6.5
h_minör = 6.5 \times 0.639 = 4.15 m

Toplam sistem kaybı:

h_toplam = h_f + h_minör = 6.07 + 4.15 = 10.22 m

50m uzun boruya rağmen minör kayıplar toplam kayıpların %41'ini temsil eder. Birçok fitingli sistemlerde, "minör" kayıplar o kadar minör değildir!

Pompalar: Akışkanlara Enerji Ekleme#

Pompalar kayıpları yener ve akışkanları hareket ettirmek için gereken basıncı sağlar. Bir pompa akışkana yük (birim ağırlık başına enerji) ekler.

Toplam Dinamik Yük (TDH)#

Pompanın sağlaması gereken toplam yük:

Formül:

TDH = Statik Yük + Sürtünme Kayıpları + Basınç Yükü + Hız Yükü

1. Statik Yük: Yükseklik farkı#

h_statik = z₂ - z₁

2. Sürtünme Kayıpları: Boru sürtünmesi + minör kayıplar (yukarıda hesaplandı)#

3. Basınç Yükü: Deşarjda gerekli basınç#

h_basınç = P_gerekli / (\rhog)

4. Hız Yükü: Genellikle ihmal edilebilir (<1-2m) yüksek hızlı sistemler hariç#

Pompa Güç Hesaplamaları#

Hidrolik Güç (teorik minimum):

P_hidrolik = \rho \times g \times Q \times H / 1000 [kW]

Su için (basitleştirilmiş):

P_hidrolik = (Q_m³/saat \times H_m) / 367 [kW]

Şaft Gücü (pompa verimliliğini hesaba katar):

P_şaft = P_hidrolik / η_pompa

Motor Gücü (motor verimliliğini hesaba katar):

P_motor = P_şaft / η_motor

Gerçek Dünya Örneği: Su Tedarik Pompası#

Sistem Gereksinimleri:

• Suyu bodrum tankından çatıya kaldır (25m yükseklik)
• Gerekli akış: 80 m³/saat
• Boru sistemi yük kaybı: 8m (Darcy-Weisbach + minör kayıplar kullanılarak hesaplandı)
• Gerekli deşarj basıncı: 200 kPa (20.4m yük)

Toplam Dinamik Yük:

TDH = 25 + 8 + 20.4 = 53.4 m

Hidrolik Güç:

P_h = (80 \times 53.4) / 367 = 11.6 kW

Şaft Gücü (%75 pompa verimliliği varsayarak):

P_şaft = 11.6 / 0.75 = 15.5 kW

Motor Gücü (%90 motor verimliliği varsayarak):

P_motor = 15.5 / 0.90 = 17.2 kW

Motor Seçimi: Sonraki standart IEC boyutu = 18.5 kW veya 25 HP

Bu, Pompa Boyutlandırma Hesaplayıcımız metodolojisiyle mükemmel uyum sağlar!

Pompa Eğrileri ve Sistem Eğrileri#

Pompa Eğrisi: Belirli bir pompa için akış hızı (Q) ile yük (H) arasındaki ilişkiyi gösterir. Akış arttıkça yük azalır.

Sistem Eğrisi: Sistem direncinin (yük kaybı) akış hızıyla nasıl arttığını gösterir. h ∝ Q² ilişkisini takip eder.

Çalışma Noktası: Pompa eğrisinin sistem eğrisiyle kesiştiği yer—sistemin sağlayacağı gerçek akış hızı.

Önemli Anlayış: Hem akış hızını hem de basıncı bağımsız olarak seçemezsiniz. Pompa ve sistem özellikleri birlikte çalışma noktasını belirler.

Sisteminiz daha fazla akışa ihtiyaç duyuyorsa:

• Seçenek 1: Sistem direncini azaltın (daha büyük borular, daha az fiting)
• Seçenek 2: Daha yüksek akış kapasiteli farklı pompa seçin
• Seçenek 3: Pompaları paralel kurun (akışı artırır)
• Seçenek 4: Pompa hızını artırmak için değişken frekanslı sürücü kullanın

Daha fazla basınca ihtiyacınız varsa:

• Seçenek 1: Akış talebini azaltın
• Seçenek 2: Daha yüksek yüklü pompa seçin
• Seçenek 3: Pompaları seri kurun (yükü artırır)

Kavitasyon: Sessiz Pompa Katili#

Kavitasyon, basınç sıvının buhar basıncının altına düştüğünde meydana gelir ve kabarcıklar oluşur. Bu kabarcıklar daha yüksek basınçlı bölgelerde çöktüğünde şunları yaratır:

• Yoğun şok dalgaları (lokal olarak >1000 atmosfer)
• Gürültü (çakıl akışı gibi ses)
• Titreşim
• Pompa çarkının fiziksel çukurlanması ve erozyonu
• Azalmış pompa performansı

Net Pozitif Emme Yükü (NPSH)#

NPSH Mevcut ($NPSH_{A}$): Pompa emme girişinde mevcut mutlak basınç, eksi buhar basıncı.

NPSH Gerekli ($NPSH_{R}$): Kavitasyonu önlemek için pompanın gerektirdiği minimum emme yükü (üreticinin pompa eğrisinden).

Kritik Kural:

NPSH_A > NPSH_R + 1m güvenlik marjı

NPSH Mevcudu Hesaplama#

Formül:

NPSH_A = (P_atmosferik/\rhog) + h_statik,emme - h_f,emme - (P_buhar/\rhog)

Burada:

• $P_{\text{atmosferik}}$ = Deniz seviyesinde 101,325 Pa (10.33m su yükü)
• h_statik,emme = Sıvı yüzeyinin pompa merkez çizgisinin üstünde (+) veya altında (-) yüksekliği
• h_f,emme = Emme borusundaki sürtünme kayıpları
• $P_{\text{buhar}}$ = Çalışma sıcaklığında sıvının buhar basıncı

Su buhar basıncı:

• 20°C: 2.3 kPa (0.23m yük)
• 60°C: 19.9 kPa (2.0m yük)
• 100°C: 101.3 kPa (10.3m yük) - kaynama noktası

NPSH Örneği#

Emme Koşulları:

• Tank su seviyesi: Pompa merkez çizgisinin 3m altında (h_statik = -3m)
• Emme borusu kayıpları: 1.5m
• Su sıcaklığı: 60°C (buhar basıncı = 2.0m)
• Atmosferik basınç: 10.33m (deniz seviyesi)

NPSH Mevcut:

NPSH_A = 10.33 + (-3) - 1.5 - 2.0 = 3.83 m

Pompa NPSH Gerekli: 4.5m (üreticinin eğrisinden)

Analiz:

NPSH_A (3.83m) < NPSH_R (4.5m)

Kavitasyon riski YÜKSEK! Pompa kavite yapar.

Çözümler:

1. Tank seviyesini yükselt (mümkünse) 2m ile → $NPSH_{A}$ = 5.83m ✔
2. Pompayı alçalt kurulumu 2m ile → $h_{statik}$ = -1m → $NPSH_{A}$ = 5.83m ✔
3. Emme sürtünmesini azalt (daha büyük emme borusu) 1.5m'den 0.2m'ye → $NPSH_{A}$ = 5.13m ✔
4. Suyu soğut 20°C'ye → buhar basıncı = 0.23m → $NPSH_{A}$ = 5.6m ✔
5. Farklı pompa seç $NPSH_{R}$ < 3m ile ✔

Pratik Uygulamalar ve Vaka Çalışmaları#

Vaka Çalışması 1: Çok Katlı Bina Su Tedariki#

Zorluk: 10 katlı bir konut binasına (30m yükseklik) tüm katlarda tutarlı basınçla su sağlamak.

Geleneksel Yaklaşım: Zemin seviyesinde tek büyük pompa

• Gerekli TDH: 30m (yükseklik) + 20m (sistem kayıpları) + 15m (deşarj basıncı) = 65m
• Sorun: Zemin kat basıncı = 65m (6.5 bar) - ÇOK YÜKSEK (armatürler maksimum 6 bar için değerlendirilmiş)
• Üst kat basıncı = 15m (1.5 bar) - zar zor yeterli

Daha İyi Çözüm: Basınç azaltma vanaları (PRV'ler) ile takviye pompa sistemi

• Ana pompa: TDH = 50m
• Her katta PRV'ler basıncı 3.5 bar'a (35m) düşürür
• Değişken frekanslı sürücü talebe göre pompa hızını ayarlar

En İyi Çözüm: Bölge pompalama

• Alt bölge (Katlar 1-5): Şehir su tedarikinden + küçük takviye basıncı
• Üst bölge (Katlar 6-10): Ara tanktan özel takviye pompası
• Her bölge optimal basınçta çalışır
• Tek pompa sistemine göre %30 enerji tasarrufu

Vaka Çalışması 2: Endüstriyel Soğutma Suyu Sistemi#

Sistem:

• Çatıdaki soğutma kulesi (yükseklik +20m)
• Zemin seviyesindeki ısı eşanjörleri
• Akış gereksinimi: 500 m³/saat
• Toplam boru uzunluğu: 300m (150m yukarı, 150m aşağı)
• Sıcaklık: 30°C (viskozite ve yoğunluğu etkiler)

Analiz:

Yükseklik: Su 20m yukarı çıkar, sonra 20m aşağı iner → Net statik yük = 0m (yukarı çıkan aşağı inmelidir)

Sürtünme kayıpları (hesaplanmış):

• Besleme borusu (150m @ 500 m³/saat): 12m
• Dönüş borusu (150m @ 500 m³/saat): 12m
• Isı eşanjörü basınç düşüşü: 8m
• Fitingler ve vanalar: 6m
• **Toplam: 38m

TDH = 0 + 38 = 38m

Yaygın Hata: TDH = 20 + 38 = 58m hesaplamak (yüksekliği geri dönmüyormuş gibi eklemek)

Güç:

P_h = (500 \times 38) / 367 = 51.8 kW
P_motor (%80 pompa, %92 motor verimliliği varsayarak) = 70.4 kW
→ 75 kW motor seç

Yıllık Enerji Maliyeti (24/7 çalışma, $0.10/kWh):

Enerji = 70.4 kW \times 8760 saat = 616,704 kWh
Maliyet = \$61,670/yıl

Bu, uygun boru boyutlandırmasının neden önemli olduğunu gösterir—daha büyük borularla sürtünme kayıplarını 10m azaltmak elektrikte yılda $16,230 tasarruf sağlar!

Vaka Çalışması 3: Yangın Sprinkleri Sistemi#

Gereksinimler (NFPA 13'e göre):

• 15 sprinkler başlığı aynı anda akmalıdır
• Her başlık: 1 bar'da (10m yük) 100 L/dakika
• En uzak başlık: 50m uzakta, pompanın 25m üstünde yükseklikte

Sistem Tasarımı:

Akış: 15 $\times$ 100 = 1500 L/dakika = 90 m³/saat

En uzak sprinklerdeki yük:

• Gerekli basınç: 10m
• Yükseklik: 25m
• En uzak başlığa boru sürtünmesi: 18m (hidrolik analizden hesaplanmış)
• **TDH = 10 + 25 + 18 = 53m

Güvenlik marjı: Yangın pompaları genellikle anma akışının %150'si için tasarlanır

• Tasarım akışı: 135 m³/saat
• %150 akışta sürtünme 2.25 faktörüyle artar (Q²)
• Sürtünme kayıpları: 18 $\times$ 2.25 = 40.5m
• Tasarım TDH: 10 + 25 + 40.5 = 75.5m

Pompa Seçimi:

• Anma: 90 m³/saat @ 53m
• Tasarım noktası: 135 m³/saat @ 75.5m
• NFPA pompa performans eğrisi gereksinimlerini karşılamalı

Bu, yaşam güvenliği sistemleri için uygun hidrolik hesaplamaların kritik önemini gösterir.

Temel İlkeler ve Çıkarımlar#

1. Korunum Yasaları Temeldir#

• Kütle korunumu (Süreklilik): Akış hızı boruda sabit kalır
• Enerji korunumu (Bernoulli): Basınç + kinetik + potansiyel enerji sabit (ideal akışkan)
• Gerçek sistemler enerji dengesine sürtünme kayıpları ekler

2. Sürtünme Çok Önemlidir#

• Sürtünme kayıpları L (uzunluk), v² (hızın karesi) ile ölçeklenir ve 1/D⁵ (çapın 5. kuvveti ile ters orantılı)
• Boru çapını iki katına çıkarmak sürtünmeyi %97 azaltır (aynı akış için)
• Fitinglerden "minör" kayıplar genellikle boru sürtünmesini aşar

3. Pompalar Enerji Ekler#

• Pompalar statik yükseklik + sürtünme kayıpları + gerekli basıncı yener
• Çalışma noktası pompa eğrisi ile sistem eğrisinin kesişimiyle belirlenir
• Verimlilik ve güvenilirlik için uygun pompa boyutlandırması kritiktir

4. Sıcaklık Her Şeyi Etkiler#

• Viskozite sıcaklıkla azalır (daha kolay akış)
• Buhar basıncı sıcaklıkla artar (kavitasyon riski artar)
• Yoğunluk sıcaklıkla değişir (basınç ve gücü etkiler)

5. NPSH Pazarlık Konusu Değildir#

• Yetersiz NPSH kavitasyona neden olur
• Kavitasyon pompaları hızla yok eder
• Her zaman $NPSH_{A}$ > $NPSH_{R}$ + güvenlik marjını doğrulayın

6. Verimlilik İçin Tasarım Yapın#

• Daha büyük borular enerji tasarrufu sağlar (azaltılmış sürtünme)
• Değişken frekanslı sürücüler değişken yükler için %20-50 enerji tasarrufu sağlar
• Yüksek verimli pompalar hızla kendini amorti eder
• Uygun boyutlandırma (aşırı boyutlandırma değil) optimaldir

Pompa Boyutlandırma Hesaplayıcımızı Kullanma#

Tüm bu ilkeler pratik pompa boyutlandırmasında bir araya gelir. Pompa Boyutlandırma Hesaplayıcımız tam metodolojiyi uygular:

Hesaplar:

• Sistem parametrelerinizden Toplam Dinamik Yük (TDH)
• Hidrolik güç, şaft gücü ve motor gereksinimleri
• Önerilen standart motor boyutları (IEC ve NEMA)
• NPSH gerekli tahmini ve kavitasyon riski kontrolü
• Pompa türü önerisi (santrifüj, çok kademeli)
• Enerji tüketimi ve işletme maliyeti

Şimdi deneyin: Pompa Boyutlandırma Hesaplayıcısı →

Mühendislik Standartları ve Referanslar#

Profesyonel akışkanlar mekaniği uygulaması şu standartları takip eder:

• Hydraulic Institute Standards (HI 9.6.3): Pompa performansı, NPSH, test
• ASME B31.1: Güç borulaması - basınç tasarımı, malzemeler, imalat
• ASME B31.3: Proses borulaması
• ISO 5167: Orifis plakaları, nozullar kullanarak akışkan akış ölçümü
• ISO 9906: Rotodinamik pompalar - Hidrolik performans kabul testleri
• NFPA 13: Sprinkler sistemlerinin kurulumu
• ASHRAE El Kitabı - Temeller: HVAC akışkan akış hesaplamaları
• Crane TP-410: Vana, Fiting ve Borularda Akışkanların Akışı (endüstri incili)

Sonuç#

Akışkanlar mekaniği soyut fizik ile pratik mühendislik arasında köprü kurar. Bu ilkeleri anlamak şunları yapmanıza olanak tanır:

✅ **Enerji israfını minimize eden verimli boru sistemleri tasarlamak ✅ **Pompaları güvenilir, ekonomik çalışma için doğru boyutlandırmak ✅ **Yetersiz akış veya basınç gibi hidrolik sorunları gidermek ✅ **Kavitasyon gibi felaket arızaları önlemek ✅ **Enerji tüketimini optimize etmek ve işletme maliyetlerini azaltmak

İster basit bir su tedariki, ister karmaşık bir endüstriyel proses tasarlıyor olun, temel ilkeler sabit kalır: kütle ve enerjinin korunumu, sürtünme kayıpları için gerçekçi muhasebe ile birleşir.

Teorik hesaplamalar ile başarılı gerçek dünya sistemleri arasındaki fark, bu ilkeleri doğru uygulamak için yeterince derinlemesine anlamakta yatar.

Öğrenmeye Devam Edin#

Hesaplayıcılar:

• Pompa Boyutlandırma Hesaplayıcısı - NPSH analizi ile tam pompa boyutlandırma

İlgili Rehberler:

• Pompa Boyutlandırma Temelleri - Pompa seçimine derinlemesine dalış
• Beygir Gücü Hesaplayıcı Rehberi - Güç ve motor hesaplamaları
• HVAC Tasarım Rehberi - Hava sistemlerine akışkanlar mekaniği uygulamak

İleri Okuma:

• Munson, Young, Okiishi: Akışkanlar Mekaniği Temelleri (kapsamlı ders kitabı)
• Crane Teknik Belge 410: Akışkanların Akışı (pratik mühendislik referansı)
• ASHRAE El Kitabı: Temeller (HVAC uygulamaları)
• Hydraulic Institute: Pompa Standartları (pompaya özel rehberlik)

---

Yazar Hakkında#

Enginist Teknik Ekibi, akışkanlar mekaniği uygulamalarında uzmanlaşmış makine, tesisat ve HVAC mühendislerini içermektedir. Lisanslı mühendislerimiz, su dağıtımı, HVAC borulaması, yangından korunma, endüstriyel proses borulaması ve basınçlı hava sistemleri dahil olmak üzere çeşitli akışkan sistemleri tasarlamıştır.

Akışkanlar mekaniğinin pek çok mühendislik sisteminin temeli olduğunu anlıyoruz—ev tesisatından karmaşık endüstriyel proseslere kadar. Ekibimizin pratik deneyimi Darcy-Weisbach hesaplamalarını, pompa sistem analizini, minör kayıp tahminini ve çeşitli akışkanlar ve çalışma koşulları genelinde akış optimizasyonunu kapsamaktadır.

Yıllarca süren uygulamalı tasarım çalışması boyunca, hangi basitleştirici varsayımların pratikte işe yaradığını, hangi basınç düşüşü hesaplama yöntemlerinin en güvenilir olduğunu ve teorik doğruluğu pratik mühendislik yargısıyla nasıl dengeleyeceğimizi öğrendik. Bu gerçek dünya perspektifi, Enginist için geliştirdiğimiz her hesaplayıcıyı ve teknik kılavuzu şekillendirir.

---

Mühendislik temelleri serimizin bir parçası. Makine, elektrik ve HVAC mühendislik konularında daha derinlemesine rehberler için abone olun.