Pompa

Pompa, genelde elektrik enerjisini hidrolik enerjiye çevirerek sıvıları (veya gazları) veya bazen çamur gibi bulamaçları, mekanik güçle hareket ettiren bir makinadır.

Pompa genelde piston hareket veya dönme hareketiyle belirli bir enerji tüketerek sıvı taşıma işi yapar. Pompalar, kas gücü, elektrik, içten yanmalı motor veya rüzgar enerjisi de dahil olmak üzere birçok enerji kaynağıyla çalışır. Tıbbi uygulamalarda kullanılan mikro pompalardan büyük sanayi pompalarına kadar birçok boyutta pompa vardır.

Mekanik pompalar, kuyudan su çekme, akvaryum ve havuz suyu filtreleme, havalandırma, otomobillerde soğutma ve yakıt enjeksiyonu, enerji sektöründe petrol ve doğalgaz pompalama veya soğutma kulesi ve iklimlendirme sistemlerini çalıştırma gibi çeşitli uygulamalarda kullanılırlar.

Pompa yuvası tek döner çarklı ise pompaya tek kademeli pompa, iki veya daha çok döner çarklı ise bu pompaya çift veya çok kademeli pompa denir.

İlk pompalardan birisi M.Ö. 3. yüzyılda Arşimet tarafından tasarlanmıştır. Mekanik kuvvetlerin fiziksel kaldırma veya sıkıştırma kuvveti ile maddeyi itmesi prensibini kullanarak çalışır.

Pompalar yer değiştirme yöntemlerine göre pozitif deplasmanlı pompalar, impulse pompaları, hız pompaları, yerçekimi pompaları, buhar pompaları ve valfsiz pompalar olarak tiplere ayrılır. Üç temel pompa türü vardır: pozitif deplasmanlı, santrifüj ve eksenel akış pompalar. Santrifüj pompalarda akışkanın akış yönü, akışkan çark üzerinden akarken doksan derece değişir, eksenel akış pompalarında ise akış yönü değişmez.

Pozitif deplasmanlı pompa sabit bir miktarı yakalayarak bu hacimdeki tahliye borusuna hapseden (yer değiştirerek) sıvının hareket etmesini sağlar. Bazı pozitif deplasmanlı pompalar emme tarafında genişleyen bir boşluk ve tahliye tarafında azalan bir boşluk kullanır. Emme tarafındaki boşluk arttıkça sıvı pompaya akar ve boşluk azaldığı için sıvı tahliyeden dışarı akar. Hacim, her işlem döngüsünde sabittir.

Pozitif deplasmanlı pompalar santrifüjün aksine teorik olarak tahliye basıncı ne olursa olsun belirli bir devir hızında aynı debiyi verebilir. Dolayısıyla pozitif deplasmanlı pompalar sabit akışlı makinelerdir. Ancak basınç arttıkça dahili sızıntıda hafif bir artış gerçekten sabit debiyi önler.

Pozitif deplasmanlı pompa, santrifüj pompalar gibi kapatma başlığına sahip olmadığından pompanın tahliye tarafındaki kapalı bir valfe karşı çalışmamalıdır. Kapalı bir tahliye vanasına karşı çalışan pozitif deplasmanlı pompa debi vermeye devam eder ve tahliye hattındaki basınç, hat patlayana, pompa ciddi şekilde hasar görene veya her ikisi olana kadar artar. Bu nedenle pozitif deplasmanlı pompanın tahliye tarafında bir tahliye veya emniyet valfi gereklidir. Tahliye vanası dahili veya harici olabilir. Pompa üreticisi normalde dahili tahliye veya emniyet valfleri sağlama seçeneğine sahiptir. Dahili valf genellikle yalnızca bir güvenlik önlemi olarak kullanılır. Emiş hattına veya besleme tankına geri dönüş hattına sahip tahliye hattındaki harici bir tahliye vanası hem insan hem de ekipman için güvenlik sağlar.

Dezavantajlar: Pompanın yapısı dönen pompa ile dış kenar arasında çok yakın boşluklar olmasını gerektirir ve bu da pompanın yavaş ve sabit bir hızda dönmesini sağlar. Döner pompalar yüksek hızlarda çalıştırılırsa sıvılar erozyona neden olur ve bu da sonunda sıvının geçebileceği genişletilmiş boşluklara neden olur ve bu da verimliliği düşürür.

İçi boş diskli pompalar (eksantrik diskli pompalar veya içi boş döner diskli pompalar da denir), salyangoz kompresör'lere benzer şekilde bunlar dairesel bir muhafazaya yerleştirilmiş silindirik rotorludur. Rotor yörüngede dönerken ve bir dereceye kadar sıvıyı rotor ile gövde arasında tutar ve pompanın içinden çeker. Petrol türevi ürünler gibi yüksek viskoziteli sıvılar için kullanılır ve ayrıca 290 psi'ye kadar yüksek basınçları verebilir.

Titreşimli pompalar aynı çalışma prensibine sahip lineer kompresörlere benzer. Bir diyot üzerinden AC akımına bağlı bir elektromıknatıs ile yaylı bir piston kullanarak çalışırlar. Yaylı piston tek hareketli parçadır ve elektromıknatısın merkezine yerleştirilmiştir. AC akımının pozitif döngüsü sırasında diyot elektriğin elektromıknatıstan geçmesine izin vererek pistonu geriye hareket ettiren yayı sıkıştırıp emiş oluşturan manyetik bir alan oluşturur. AC akımının negatif döngüsü sırasında diyot elektromıknatısa giden akımı engelleyerek yayın sıkıştırmasını açar pistonu ileri hareket ettirir ve sıvıyı pompalar ve pistonlu pompa gibi basınç üretir. Az maliyeti nedeniyle ucuz espresso makinelerinde yaygın kullanılır. Ancak büyük miktarlarda ısı ürettikleri için titreşimli pompalar bir dakikadan fazla çalıştırılamaz. Doğrusal kompresörler çalışma sıvısı (genellikle bir soğutucu olan) tarafından soğutulabildikleri için bu sorunları olmaz.

Pistonlu pompalar bir veya daha fazla salınımlı piston, piston veya membran (diyafram) kullanarak sıvıyı hareket ettirirken, valfler sıvı hareketini istenen yönde kısıtlar. Emmenin gerçekleşmesi için pompa odadaki basıncı azaltmak amacıyla önce pistonu dışarı doğru bir hareketle çekmelidir. Piston geri ittirilir ittirilmez basınç odada artar ve pistonun içeriye doğru basıncı daha sonra boşaltma valfini açar ve sıvıyı yüksek hızda dağıtım borusuna basar.

Pistonlu tipteki pompaların çoğu duplex (iki) veya triplex (üç) silindirdir. Bir yönde piston hareketi ve diğerinde tahliye sırasında emme ile tek etkili veya her iki yönde emme ve boşaltma ile çift etkili olabilirler.

Pompalar elle, hava veya buharla veya bir motor tarafından tahrik edilen bir kayışla da çalıştırılabilir. Bu tip pompa 19. yüzyılda buhar tahrikinin ilk günlerinde kazan besleme suyu pompaları olarak yaygın bir şekilde kullanılmıştır. Şimdi pistonlu pompalar tipik olarak beton ve ağır yağlar gibi yüksek viskoziteli sıvıları pompalar ve yüksek dirence karşı düşük debileri gerektiren özel uygulamalarda çalışır.

Pistonlu el pompası kuyulardan su pompalamak için yaygın olarak kullanıldı. Lastik şişirme için genel bisiklet pompası ve ayak pompasın da ileri geri hareket kullanılır.

Bu pozitif deplasmanlı pompalar emme tarafında genişleyen bir hacme ve boşaltma tarafında azalan bir hacme sahiptir. Sıvı emme tarafındaki hacım genişledikçe pompanın içine akar ve boşluk çökerken sıvı tahliyeden dışarı çıkar.

Diyaframlı pompalar – pistonun, pompa silindirindeki bir diyaframı esnetmek için kullanılan hidrolik yağı basınçlandırdığı dalgıç pompalara benzer. Diyaframlı valfler, tehlikeli ve toksik sıvıları pompalamak için kullanılır.

Pistonlu pompalar deplasmanlı pompalar – genellikle küçük miktarlarda sıvı veya jeli elle pompalamak için basit cihazlardır. Sıvı sabunu dağıtıcısı bu tip bir pompadır.

Bu, döner pozitif deplasmanlı pompaların en basitidir. Sıkıca takılmış bir mahfaza içinde dönen iki dişliden oluşur. Diş boşlukları sıvıyı hapseder ve onu dış çevresinde harekete zorlar. Dişler merkezde sıkı bir şekilde birbirine geçtiği için sıvı dişlilerin eşleştiği yerden geri gitmez.

Vidalı pompa, karşılıklı dişlere sahip iki veya üç vida kullanan daha karmaşık bir döner pompa türüdür - örneğin bir vida saat yönünde dönerken diğeri saat yönünün tersine döner. Vidalar, birbirine geçmiş dişlileri olan paralel millere takılıdır. Vidalar milleri döndürür ve sıvıyı pompadan geçirir. Diğer döner pompa türlerindeki gibi hareketli parçalar ile pompa gövdesi arasındaki boşluk olabildiğince azdır.

Büyük parçacıklarla kirlenmiş kanalizasyon çamuru gibi zor malzemeleri pompalamak için yaygın olarak kullanılan bu pompa, genişliğinin yaklaşık on katı uzunluğunda bir sarmal rotordan oluşur. Bu, tipik olarak yarım "x" kalınlığında kavisli bir spiral sarılı, gerçekte tek bir dökümde üretilmiş olsa da, "x" çapında bir merkezi çekirdek olarak görselleştirilebilir. Bu şaft, duvar kalınlığı da tipik olarak "x" olan ağır hizmet tipi bir kauçuk manşonun içine sığar. Mil döndükçe, rotor kademeli olarak sıvıyı kauçuk manşonu yukarı doğru zorlar. Bu tür pompalar, düşük hacimlerde çok yüksek basınç geliştirebilir.

Adını, onu icat eden Roots kardeşlerin adından alan bu loblu pompa, her ikisi de emme ve boşaltma noktasındaki üçgen şekilli sızdırmazlık hattı yapısında dönen her biri 90°'de dik olarak diğerine takılı iki uzun helis rotor arasında sıkışan sıvıyı hareket ettirir. Bu tasarım eşit hacimli ve girdapsız sürekli bir akış üretir. Az darbeleme hızlarında çalışabilir ve bazı uygulamaların gerektirdiği hassas performansı verir.

"Peristaltik pompa", bir nevi pozitif sıvı yer değiştirmeli pompadır. Dairesel bir pompa gövdesi içine yerleştirilmiş esnek bir hortum içinde sıvıyı pompalar (ancak doğrusal peristaltik pompalar yapılmıştır). Rotora bağlı bir dizi "silindir", "makara" veya kam esnek hortumu sıkıştırır. Rotor döndükçe hortumun sıkıştırılan kısmı kapanır ve sıvıyı hortumun içinden geçmeye zorlar. Ayrıca kamın geçişinden sonra hortum eski durumuna döndüğünde pompaya sıvıyı çeker (geri yükler). Bu sürece peristalsis denir ve mide bağırsak sistemi gibi birçok biyolojik sistemde vardır.

"Pistonlu pompalar" pistonlu pozitif deplasmanlı pompalardır. Bunlar gidip gelen pistonlu bir silindirden oluşur. Emme ve basma valfleri silindir kafasına takılmıştır. Emme strokunda, piston geri çekilir ve emme valfleri açılır ve sıvının silindire emilmesine neden olur. İleri vuruşta, piston sıvıyı tahliye vanasından dışarı iter. Verimlilik ve yaygın sorunlar: Pistonlu pompalarda yalnızca tek silindir bulunduğunda sıvı akışı, piston orta konumlarda hareket ettiğinde maksimum akış ile piston son konumlardayken sıfır akış arasında değişir. Akışkan boru sisteminde hızlandırıldığında çok fazla enerji boşa harcanır. Titreşim ve su darbesi ciddi bir sorun olabilir. Genel olarak, sorunlar birbiriyle aynı fazda çalışmayan iki veya daha fazla silindir kullanılarak telafi edilir.

Tripleks pistonlu pompalar, tek pistonlu pistonlu pompaların titreşimini azaltan üç piston kullanır. Pompa çıkışına bir titreşim sönümleyici eklemek, "pompa dalgalanmasını" veya bir pompa dönüştürücüsünün dalgalanma grafiğini daha da düzeltebilir. Yüksek basınçlı sıvı ve piston arasındaki dinamik ilişki, genellikle yüksek kaliteli piston contaları gerektirir. Daha fazla sayıda pistonlu dalgıç pompalar, artan debi veya titreşim damperi olmadan daha düzgün akış avantajına sahiptir. Hareketli parçalardaki ve krank mili yükündeki artış bir dezavantajdır. Araba yıkama şirketleri genellikle bu tripleks tarzı dalgıç pompaları kullanır (belki de titreşim damperleri olmadan).

1968'de William Bruggeman, tripleks pompanın boyutunu küçülttü ve araç yıkama tesislerinin daha küçük ayak izi olan ekipmanları kullanabilmesi için ömrünü artırdı.

Dayanıklı yüksek basınç keçeleri, düşük basınç keçeleri ve yağ keçeleri, sertleştirilmiş krank milleri, sertleştirilmiş bağlantı çubukları, kalın seramik pistonlar ve daha ağır hizmet bilyalı ve makaralı rulmanlar, tripleks pompalarda güvenilirliği artırır.

Tripleks pompalar artık dünyada sayısız pazardadır. Daha kısa kullanım ömürlü tripleks pompalar evlerde yaygındır. Yılda 10 saat evde basınçlı yıkayıcı kullanan bir kişi, yeniden yapılanmalar arasında 100 saat süren bir pompadan memnun olabilir. Kalite yelpazesinin diğer ucundaki endüstriyel sınıf veya sürekli çalışan tripleks pompalar, yılda 2,080 saate kadar çalışabilir.

Petrol ve gaz sondaj endüstrisi, sondaj çamurunu pompalamak için çamur pompası adlı, matkap ucunu soğutan ve kesilen parçaları yüzeye geri taşıyan devasa yarı römorkla taşınan tripleks pompalar kullanır. Sondajcılar, fracking adı verilen ekstraksiyon işleminde şeylin derinliklerine su ve solvent enjekte etmek için tripleks ve hatta beşli pompalar kullanırlar.

Basınçlı hava ile çalışan bu pompalar, tüm üreticiler endüstri düzenlemelerine uygunluk için ATEX sertifikalı modeller sunsa da, tasarımları gereği kendinden güvenlidir. Bu pompalar nispeten ucuzdur ve suyu bund dışına pompalamaktan güvenli depolamadan hidroklorik asit pompalamaya (pompanın nasıl üretildiğine bağlı olarak– elastomerler/ gövde konstrüksiyonu) kadar çok çeşitli görevleri yaparlar. Bu çift diyaframlı pompalar, kaymaya duyarlı ortamların taşınması için ideal olan yumuşak pompalamayla viskoz sıvıları ve aşındırıcı malzemeleri pompalayabilir.

1000 yılı aşkın bir süre önce Çin'de zincir pompa olarak tasarlanan bu pompalar çok basit malzemelerden yapılabilir: Basit bir halat pompası yapmak için bir ip, bir tekerlek ve bir PVC boru yeterlidir. Halatlı pompa verimliliği, taban örgütleri tarafından incelendi ve bunları yapma ve çalıştırma teknikleri sürekli olarak geliştirildi.

Darbeli pompaları, gaz (genellikle hava) tarafından oluşturulan basıncı kullanır. Bazı darbeli pompalarda, sıvıda (genellikle su) tutulan gaz salınır ve pompanın bir yerinde birikir ve sıvının bir kısmını yukarı doğru itebilecek bir basınç oluşturur.

Hidrolik ram pompalar, düşük seviyeli bir su kaynağının kinetik enerjisi geçici olarak bir hava kabarcığında Hidrolik akümülatör depolanır daha sonra suyu daha yükseğe taşımak için kullanılır.

Gaz biriktirme ve serbest bırakma döngüsü yerine hidrokarbonların yakılmasıyla basınç oluşturulabilir. Bu tür yanma tahrikli pompalar yanma olayından gelen darbeyi, çalıştırma membranı vasıtasıyla pompa sıvısına doğrudan iletir. Bu doğrudan iletimi sağlamak için pompanın neredeyse tamamen bir elastomerden (örneğin silikon kauçuk) yapılması gerekir. Dolayısıyla yanma zarın genişlemesine neden olur ve böylece sıvıyı bitişik pompalama odasından dışarı pompalar. İlk yanmayla çalışan yumuşak pompa ETH Zürih tarafından geliştirilmiştir.

Nispeten düşük basınçta ve yüksek akış hızında su alır ve daha yüksek hidrolik yükte ve daha düşük akış hızında su verir. Cihaz, pompaya güç sağlayan giriş suyunun bir kısmını suyun başladığı noktadan daha yüksek bir noktaya yükselten basıncı geliştirmek için su darbesi etkisini kullanır.

Hidrolik şahmerdan bazen hem düşük basınçlı bir hidroelektrik kaynağının olduğu hem de kaynaktan daha yüksek bir yere su pompalama ihtiyacının olduğu uzak bölgelerde kullanılır. Bu durumda, akan suyun kinetik enerjisinden başka bir dış güç kaynağı gerektirmediğinden, koç genellikle yararlıdır.

Rotodinamik pompalar (veya dinamik pompalar), akış hızı artırılarak akışkana kinetik enerji eklendiği bir tür hız pompasıdır. Enerjideki bu artış, debi pompadan tahliye borusuna çıkmadan önce veya pompadan çıkarken hız düşürüldüğünde potansiyel enerjide (basınçta) artışa neden olur. Kinetik enerjinin basınca bu dönüşümü Termodinamiğin birinci yasası veya daha özel olarak Bernoulli ilkesi ile ifade edilir.

Dinamik ve pozitif deplasmanlı pompalar arasındaki fark, kapalı vana koşullarında nasıl çalıştıklarıdır. Pozitif deplasmanlı pompalar fiziksel olarak sıvının yerini alır, bu nedenle pozitif deplasmanlı pompanın akışının aşağısındaki vanayı kapatmak boru hattının veya pompanın mekanik arızasına neden olabilecek sürekli basınç oluşturur. Dinamik pompalar kısa süreler için kapalı vana koşullarında güvenli şekilde çalıştırılabilirler.

Bu pompaya santrifüj pompa da denir. Akışkan pompa eksenin veya merkezden girer, çark tarafından hızlandırılır ve pompanın tahrik miline dik açılarda radyal olarak dışarı çıkar; örneğin elektrikli süpürge’yi çalıştıran santrifüj fan'dır.

Radyal akışlı pompanın başka bir türü de girdap () pompasıdır. Girdap pompasındaki sıvı dönen çarka teğet hareket eder. Motorun mekanik enerji’sinden akışkanın potansiyel enerji’sine dönüştürülmesi pompanın çalışma kanalındaki çark tarafından tahrik edilen çoklu girdaplarla yapılır.

Bunlara sıvı pompaları da denir. Akışkanı eksenel hareket ettirmek için akışkan dışa veya içe doğru itilir. Radyal akışlı (santrifüj) pompalardan çok daha az basınçlarda ve daha yüksek akış hızlarında çalışırlar.

Eksenel akışlı pompalar, özel önlem alınmadan hızla çalıştırılamaz. Düşük debideyse bu boruyla ilişkili toplam yük artışı ve yüksek tork, başlatma torkunun boru sistemindeki tüm sıvı kütlesi için ivmenin fonksiyonu haline gelmesi gerektiği anlamına gelir. Sistemde çok miktarda akışkan varsa pompa yavaş hızlanır.

Karışık akışlı pompalar, radyal ve eksenel akışlı pompaların birleşimidir. Akışkan hem radyal hızlanma hem de kaldırma yaşar ve çarktan eksenel yönden 0 ile 90 derece arasında bir yerde dışarı çıkar. Sonuçta karışık akışlı pompalar, eksenel akışlı pompalardan daha yüksek basınçlarda çalışırken, radyal akışlı pompalardan daha yüksek deşarj sağlar. Akışın çıkış açısı, radyal ve karışık akışa göre basınç yükü-boşaltma karakteristiğini belirler.

Sürükleme, sürtünme, sıvı halkalı pompa, çevresel, yan kanallı, çekiş, türbülans veya girdap pompalar olarak da bilinen rejeneratif türbin pompaları genellikle yüksek kafa basınçlarında çalışan rotodinamik pompa sınıfıdır.

Bu pompada düşük basınç oluşturmak için genellikle buhardan oluşan bir jet kullanır. Bu düşük basınç sıvıyı emer ve onu daha yüksek bir basınç bölgesine iter.

Yerçekimi pompaları arasında sifon ve Heron'un çeşmesi bulunur. Hidrolik şahmerdan 'a bazen yerçekimi pompası da denir; yerçekimi pompasında su, yerçekimi kuvveti ile kaldırılır.

Buhar pompaları, uzun süre tarihsel ilgi odağı olmuştur. Bunlar, bir buhar motoru ve ayrıca Thomas Savery'ler veya Pulsometer buhar pompası gibi pistonsuz pompa ile çalışan her tür pompalardır.

Son zamanlarda gelişmekte olan ülkelerde küçük ölçekli sulamada kullanım için az güçlü güneş enerjili buhar pompalarına olan ilgi yeniden canlandı. Daha önce küçük buhar motorları, buhar motorlarının boyutu küçüldükçe artan verimsizlikler nedeniyle uygulanabilir değildi. Ancak alternatif motorlarla birlikte modern mühendislik malzemelerinin kullanılması, bu tip sistemlerin artık uygun maliyetli bir fırsat olduğu anlamına gelmektedir.

Valfsiz pompalama çeşitli biyomedikal ve mühendislik sistemlerinde sıvı taşınmasına yardımcı olur. Valfsiz bir pompa sisteminde akış yönünü düzenlemek için herhangi bir valf (veya fiziksel tıkanıklık) yoktur. Ancak valfsiz bir sistemin sıvıyı pompalama verimi her zaman valflininkinden daha az değildir. Aslında doğada ve mühendislikte birçok akışkan dinamik sistemi, akışkanı aktarmak için valfsiz pompa kullanır. Örneğin, kalp kapakçıkları bozulsa bile kardiyovasküler sistemdeki kan dolaşımı bir dereceye kadar korunur. Bu arada embriyonik omurgalı kalbi, fark edilebilir odacıkların ve valflerin gelişmesinden çok önce kan pompalamaya başlar. Mikroakışkanlar'da valfsiz empadans pompaları üretilmiştir ve hassas biyoakışkanların işlenmesi için özellikle uygun olmaları beklenmektedir. Piezoelektrik dönüştürücü ilkesiyle çalışan mürekkep püskürtmeli yazıcılar da valfsiz pompalama kullanır. Pompa odası, bu yönde azaltılmış akış empedansı nedeniyle baskı jeti yoluyla boşaltılır ve kılcallık hareketi ile yeniden doldurulur.