Santrifüj pompaların çark malzemesine yapılan yüzey işlemi sonrasında performans değerlendirmesi
Performance evaluation of centrifugal pumps after surface treatment on impeller material
Yazar: FURKAN ENES GÜNDOĞDU
Danışman: DOÇ. DR. LÜTFÜ NAMLI
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hidrofobik kaplamalar = Hydrophobic coatings ; Pompa verimi = Pump efficiency ; Pompa çarkları = Pump impellers ; Santrifüj pompalar = Centrifugal pumps ; Yüzey kaplama malzemeleri = Surface coating materials

Özet:
Bu çalışmada, muadillerine kıyasla daha uygun üretim maliyetine sahip olan katmanlı üretim metoduyla çalışan üç boyutlu yazıcıdan(3B yazıcı) pompa ve pompanın çarkları üretilmiştir. Piyasada kullanılan pompaların enerji tüketiminde verim düşüklüğü, dünyamızın enerji ihtiyacının çok olduğu bu dönemde problem oluşturmaktadır. Pompa çarklarına yapılacak kaplamanın ardından yüzeydeki hidrofobik özelliğin pompa performansına etkisi deneysel olarak bu çalışmada incelenmiştir. Ayrıca 3B yazıcı üretimi olan pompa parçalarının yüzey pürüzlülüğü ve çekme dayanımı incelenmiştir.
Polietilen tereftalat glikol (PETG) hammaddesinden üretilen pompa çarklarına şeffaf epoksi kaplama, kütlesel olarak farklı oranlarda (%3, %7.5, %10) TiO2 ve SiO2 nanopartikül katkılı epoksi kaplamalar yapılmıştır. PETG hammaddesinden üretilen parçaların yüzeyleri 70° temas açısına sahiptir ve hidrofilik yüzeydir. Kaplanan yüzeyler arasında 110° hidrofobik temas açısına sahip kütlesel olarak %7.5 SiO2 katkılı epoksi kaplama en iyi sonucu vermiştir.
Kütlesel olarak %7.5 SiO2 katklı epoksi ile kaplama yapılan PETG hammaddesinden üretilmiş çark yüzeylerinin pürüzlülük analizi yapıldığında, kaplamasız yüzeyin Ra değeri 8.5 µm, kaplama sonrasında Ra değeri 0.5 µm değerine düşürülerek parça yüzeylerindeki pürüzlülük iyileştirilmiştir. Yapılan çekme testinde kaplamasız malzemenin çekme dayanımı 48MPa çıkmıştır. Kaplama sonrasında bu değer 57MPa çıkarılarak malzemenin çekme dayanımı arttırılmıştır.
Üç farklı pompa çark tipi üretilmiştir. Pompa çark yüzeylerine yapılan kütlesel olarak %7.5 SiO2 epoksi kaplama sonrasında hidrofobik yüzeye sahip olmuşlardır. Hazırlanan pompa performans deney düzeneğinde pompa performansı ölçülmüştür. Deneyler sonucunda hidrofobik yüzeye sahip olan çarklarda pompanın debisi, pompa basma yüksekliği ve pompanın veriminin arttığı ispatlanmıştır. Ayrıca pompa çarklarındaki geotmetrik olarak farklılık olsa da, çarkların yüzeyinin hidrofobik özellikteki yüzeye çevrildiğinde veriminin arttığı deneysel olarak ispatlanmıştır. 

Anahtar Sözcükler: Hidrofobik yüzey, Santrifüj pompa, Pompa çarkı, SiO2 kaplama, Pompa verimi, PETG

Abstract:
In this study, the pump and the impellers of the pump were produced from a three-dimensional printer (3D printer) working with the additive manufacturing method, which has a more affordable production cost compared to its counterparts. The low efficiency in energy consumption of pumps used in the market poses a problem in this period when the world's energy needs are high. The effect of the hydrophobic feature on the surface after the coating on the pump impellers on the pump performance has been experimentally investigated in this study. In addition, the surface roughness and tensile strength of the pump parts produced by 3D printers were examined.
Transparent epoxy coating, TiO2 and SiO2 nanoparticle added epoxy coatings in different mass ratios (%3, %7.5, %10) were applied to the pump impellers produced from polyethylene terephthalate glycol (PETG) raw material. The surfaces of the parts produced from PETG raw material have a contact angle of 70° and are hydrophilic. The epoxy coating with a hydrophobic contact angle of 110° between the coated surfaces, with %7.5 by mass SiO2 added, gave the best results.
When the roughness analysis of the impeller surfaces made of PETG raw material coated with epoxy with massive %7.5 SiO2 additive was performed, the Ra value of the uncoated surface was reduced to 8.5 µm and the Ra value of 0.5 µm after coating, and the roughness on the part surfaces was improved. In the tensile test, the tensile strength of the uncoated material was 48MPa. After coating, this value was increased to 57MPa, increasing the tensile strength of the material.
Three different pump impeller types were produced. After the epoxy coating of %7.5 by mass of SiO2 on the pump impeller surfaces, they have a hydrophobic surface. Pump performance was measured in the prepared pump performance test setup. As a result of the experiments, it has been proven that the flow rate of the pump, the pump head and the efficiency of the pump increase in impellers with hydrophobic surfaces. In addition, although there are geometrical differences in the pump impellers, it has been experimentally proven that the efficiency of the impellers increases when the surface of the impellers is turned to the hydrophobic surface.

Keywords: Hydrophobic surface, Centrifugal pump, Pump impeller, SiO2 coating, Pump efficiency, PETG.