Uitleg

Vloeistof eigenschappen:

De soortelijke massa

De soortelijke massa van de vloeistof heeft direct invloed op het opgenomen vermogen.
Bij een soortelijke massa van 1,1 kg/dm³ spreken we over een toename van het opgenomen vermogen van + 10 %.
Bij de selectie van de aandrijfmotor zal hier dus rekening mee gehouden moeten worden.
Verder zullen drukken bij wijzigende soortelijke massa ook veranderen en bij grote afwijkingen kunnen de einddrukken zelfs hoger worden dan de ontwerpdrukken, waardoor dus gevaarlijke situaties kunnen ontstaan.

De viscositeit

De viscositeit van de vloeistof heeft grote invloed op het verpompen hiervan.
Hoog visceuzere vloeistoffen (dus dikvloeibaar) zullen minder goed kunnen toestromen richting de zuigzijde van de pomp. Verder zal een hogere viscositeit ook meer vermogen vragen, dus dient hier met het vermogen van de elektromotor rekening mee gehouden te worden.
Over het algemeen geldt dat centrifugaalpompen behoudens uitzonderingen niet geschikt zijn voor viskeuze vloeistoffen. Daarentegen zijn verdringerpompen hiervoor juist uitermate geschikt, onder anderen omdat het volumetrisch rendement bij stijgende viscositeit steeds beter wordt vanwege de geringere terugstroomverliezen.
Vaak wordt de viscositeit vóór het verpompen verlaagd door de vloeistof te verwarmen. Als de vloeistof in het proces op een hogere temperatuur moet worden gebruikt, dan is dit uiteraard een goede oplossing. Maar in andere gevallen kan dit verwarmen beperkt worden of zelfs achterwege blijven, door te kiezen voor een pomp die speciaal ontworpen is voor hoge of zeer hoge viscositeiten.

Bij de meeste vloeistoffen zal de viscositeit alleen veranderen bij veranderende temperatuur, maar het is ook mogelijk dat de viscositeit verandert onder invloed van een beweging ofwel shear. Bij deze zogenaamde niet-Newtonische vloeistoffen verandert de viscositeit bij stroming, dus ook in de pomp. Een ander verschijnsel is het polymeriseren van sommige mengsels onder invloed van temperatuur- en/of drukverhoging. Als hiermee bij de selectie geen rekening wordt gehouden, dan kan deze polymerisatie spontaan optreden in de pomp, die daarmee mogelijk vast zal lopen. Het is dus van groot belang hiermee bij de pompkeuze rekening te houden. Het is daarom belangrijk te weten of de vloeistof thixotroop, dilatant of anderszins afwijkend is.

De verzadigde dampspanning

De verzadigde dampspanning is de absolute druk waarbij de vloeistof bij een bepaalde temperatuur overgaat in dampvorm (koken/verdampen), en andersom een damp overgaat in de vloeistofvorm (condenseren). Deze druk moet dus altijd samen gezien worden met een bepaalde temperatuur. Vandaar dat ook vaak gesproken wordt van de kooktemperatuur bij een bepaalde bijbehorende druk. Nemen we water als voorbeeld, dan is de verzadigde dampspanning bij 100 ºC dus 1 bar (om precies te zijn 1,0132 bar) en bij 50 en 150 ºC respectievelijk 0,1233 en 4,76 bar. Deze verzadigde dampdrukken zijn voor elke vloeistof verschillend, maar bij het verpompen zeer belangrijk om rekening mee te houden. Als de druk van de vloeistof namelijk in de buurt komt van de verzadigde dampspanning, dan zal de vloeistof spontaan overgaan in de dampvorm. Dit gevaar is vooral aanwezig aan de zuigzijde van de pomp, die dan geen vloeistof meer aan kan zuigen en dus ook niet de te verwachten capaciteit zal geven.

Ook als de druk in de pomp zelf daalt tot de verzadigde dampdruk, ontstaat er in de pomp een mengsel van vloeistof en damp. Bij drukverhoging zullen de dampbellen weer overgaan naar de vloeistoffase. Hierbij ontstaan ontelbare implosies in de pomp, die gepaard gaan met een geluid dat, afhankelijk van de heftigheid, varieert van een licht geruis tot een enorm geknetter. Deze implosies hebben hetzelfde effect als explosies en veroorzaken aantasting van de verschillende pomponderdelen. Dit verschijnsel staat bekend als cavitatie-erosie.
Cavitatie zal dus onder alle omstandigheden voorkomen dient te worden.

Chemische eigenschappen

De chemische eigenschappen van de vloeistof zijn zeer belangrijk vanwege de bestendigheid van de toegepaste materialen. Dit geldt met name voor de bruikbare metalen of legeringen, maar in niet mindere mate ook voor rubbersoorten, elastomeren en andere kunststoffen die gebruikt kunnen worden voor pomponderdelen en afdichtingen.

Verder is het belangrijk eventueel rekening te houden met gevaren die ontstaan als de vloeistof bij eventuele lekkage in het milieu terecht komt. Dit geldt met name bij giftige en bij brand- of explosiegevaarlijke stoffen. Dit is onder anderen belangrijk voor de keuze van de toe te passen asafdichting (of voor de keuze van een pomp zónder asafdichting).

Vaste delen

Als er een vloeistof verpompt moet worden met vaste deeltjes, dan is het belangrijk een pomp te kiezen die hiervoor geschikt is, of daarvoor zelfs speciaal ontworpen is. In een niet geschikte pomp zullen harde deeltjes voor schade aan de bewegende delen en concentraties van de vaste stof voor verstopping of schade zorgen.

Over het algemeen is voor elke denkbare vorm van vaste stof in de vloeistof wel een geschikte pomp beschikbaar, maar het is hierbij wél belangrijk de juiste gegevens goed in beeld te krijgen. Met name het percentage (% DS = Droge Stof), en de deeltjesgrootte is belangrijk, waarbij met name de lengte van eventuele vezels heel belangrijk is. Lange vezels zullen bij een niet geschikte pomp om de roterende delen gewikkeld worden, waarbij verstopping van de pomp ontstaat, of waarbij de pomp zelfs onherstelbaar beschadigd kan worden. Soms is het het overwegen waard aan de zuigzijde van de pomp een zogenaamde versnijder in het systeem op te nemen.

Schurende en smerende eigenschappen

Vloeistof waarin schurende bestanddelen worden meegevoerd, zullen bij stroming slijtage veroorzaken aan die delen waarmee de vloeistof van snelheid verschilt. Naarmate het snelheidsverschil groter wordt zal de slijtage ook toenemen. Belangrijk hierbij is, dat er dan ook niet nog eens onnodige stromingen in de vorm van wervelingen in de pomp ontstaan. Daarom is het vooral in deze gevallen zeer belangrijk de pomp zodanig te kiezen dat de snelheden overal laag blijven en dat het bedrijfspunt gekozen wordt in het ontwerppunt van de pomp. Hier is het dus van groot belang bij het ontwerp van het leidingsysteem het bedrijfspunt zo nauwkeurig mogelijk te berekenen. Bij het verpompen van vloeistoffen met schurende eigenschappen (dit worden abrasieve vloeistoffen genoemd) moeten vloeistofsnelheden en wervelingen dus zoveel mogelijk voorkomen worden. Daarnaast zijn er pompen die speciaal voor abrasieve vloeistoffen zijn ontworpen, waarbij de keuze hoofdzakelijk bestaat uit zeer slijtvaste materialen met verwisselbare slijtdelen.

Smerende eigenschappen zijn met name belangrijk bij de toepassing van binnengelagerde pompen, waarbij de lagers gesmeerd worden door de te verpompen vloeistof. In deze gevallen is het dus ook een voorwaarde dat de vloeistof niet verontreinigd is met vaste bestanddelen.

Structuur / sheargevoeligheid

Bij sommige vloeistoffen zal bij het verpompen de structuur door de mechanische invloeden makkelijk beschadigd kunnen worden. Denk hierbij bijvoorbeeld aan emulsies die bij ruwe behandeling zullen ontmengen en daardoor niet meer te gebruiken zijn. Ook kan het zijn dat u mengsels met een pomp naar een separator pompt om hier de diverse bestanddelen van elkaar te scheiden. Dan is het natuurlijk onlogisch om vooraf het mengsel in de pomp intensief te mengen door het te verpompen met bijvoorbeeld een centrifugaalpomp. Voor dergelijke toepassing zullen we pompen moeten selecteren die geschikt zijn voor sheargevoelige vloeistoffen zoals slangverdringerpompen, membraanpompen, hollow disc pompen, excentrische wormpompen etc.

Systeem eigenschappen:

Leidingkarakteristiek

De leidingkarakteristiek is de grafiek die voor een bestaand leidingsysteem steeds het verband geeft tussen de hoeveelheid vloeistof die door het leidingsysteem stroomt en het daarvoor benodigde drukverschil resp. de opvoerhoogte van de pomp.

Dit is dan het totaal van de geodetische (of statische) opvoerhoogte en de weerstandshoogte.

Voor nieuw aan te leggen leidingsystemen is het niet mogelijk metingen uit te voeren, dus dan zullen de diverse drukken vooraf berekend moeten worden. Het te overbruggen hoogteverschil (Hgeo) is eenvoudig te berekenen, maar bij de berekening van de weerstandsverliezen (Hw) dient men doorgaans uit te gaan van een aantal aannamen vooraf, aan de hand waarvan dan met behulp van formules of tabellen de weerstandsverliezen berekend kunnen worden. Middels een leidingweerstandprogramma kan dit vooraf behoorlijk goed worden berekend. Er wordt dan rekening gehouden met diverse variabelen zoals de viscositeit van de vloeistof, het soortelijk gewicht, de wandruwheid en de diameter van de leiding, de toegepaste appendages, de toegepaste componenten zoals bijv. warmtewisselaars etc.
De leidingkarakteristiek kan bestaan uit meerdere curven, gebaseerd op de diverse veranderlijke bedrijfssituaties zoals schoon of vuil filter, hogere of lagere viscositeit bij wijzigende temperaturen of koude start, hoger of lager te overbruggen hoogteverschil etc. Het is in ieder geval belangrijk rekening te houden met alle in de praktijk mogelijk voorkomende situaties, zodat u de pomp kunt kiezen die in al deze situaties de gewenste capaciteit en druk zal kunnen geven.

Over het algemeen worden drukken in pompsystemen aangeduid in meters vloeistofkolom, afgekort als mvk.

Voor omrekening geldt: p = ρ x g x H en H = p / ρ x g

waarbij:
p = druk [N/m²]
H = vloeistofhoogte [m]
ρ = soortelijke massa van de vloeistof [kg/m³]
g = versnelling van de zwaartekracht [m/s²] (meestal = 9,81)

Berekening opvoerhoogte

De totale opvoerhoogte van een systeem bestaat uit stromingsverliezen in de leiding (dynamisch deel) en de statische opvoerhoogte.

NPSH

Bij de berekening van de leidingkarakteristiek wordt uitsluitend gerekend met het drukverschil van de pomp en daarbij is de plaats van de pomp in het systeem niet van belang. Maar omdat in een bepaald systeem natuurlijk nooit een absolute onderdruk kan ontstaan is de positie van de pomp voor de toestroming van de vloeistof naar de pomp wél van belang. Daarom is het nodig dit bij het ontwerp van het leidingsysteem te onderzoeken. Daartoe is het begrip NPSH_beschikbaar geïntroduceerd. (NPSH is de afkorting van Net Positive Suction Head).

De NPSH_beschikbaar is voor een bepaald systeem in een bepaalde bedrijfssituatie een maat voor de druk die beschikbaar is aan de zuigaansluiting van de pomp. Dit is belangrijk om te voorkomen dat de vloeistof overgaat in dampvorm, met alle gevaren van dien. De NPSH_beschikbaar wordt berekend aan de hand van de aan de zuigaansluiting van de pomp heersende absolute stationaire druk Hstat., de dynamische druk H_dyn (= snelheidshoogte v2/2g, waarin v = snelheid in m/s en g = versnelling van de zwaartekracht 9,81 m/s²) en de verzadigde dampspanning Hd. LET OP: Alle drukken in meter vloeistofkolom!

NPSH_beschikbaar = H_stat + H_dyn - H_d

De NPSH_beschikbaar geeft dus kortweg aan hoeveel de druk aan de inlaat van de pomp (in meter vloeistofkolom) nog mag zakken voordat de vloeistof over zal gaan in damp.

Het is raadzaam een installatie zodanig te ontwerpen dat de NPSH beschikbaar zo hoog mogelijk is. Uit de grafische voorstelling van figuur 2 blijkt hoe u de NPSH beschikbaar kunt beïnvloeden. Het zal duidelijk zijn dat als Hstat + H_dyn. daalt tot Hd, of andersom Hd op enig moment stijgt tot Hstat + H_dyn, dat dan de vloeistof zal overgaan naar de dampvorm. In deze situatie zal de pomp geen vloeistof meer aanzuigen en dus niet naar behoren kunnen functioneren. Bedenkt u hierbij dat de verzadigde dampspanning Hd hoger wordt bij stijgende temperaturen en dat u hierop met name bij vluchtige stoffen onder zomerse omstandigheden bedacht dient te zijn. Het is dus raadzaam te rekenen met de verzadigde dampspanning Hd bij de hoogst voorkomende temperatuur.
Omdat de snelheid een ongunstige invloed heeft op de weerstandsverliezen dient deze altijd zo laag mogelijk gekozen te worden. Voor de zuigzijde adviseren wij doorgaans een maximale vloeistofsnelheid van 1,5 m/sec.

Om bij een hoge verzadigde dampspanning toch voldoende NPSH_beschikbaar te hebben, is het alleen mogelijk de zuigdruk te verhogen. Hiertoe kunt u bijvoorbeeld de diameter van de zuigleiding groter kiezen zodat u minder weerstandshoogte verliest, of u kunt de pomp lager plaatsen zodat de aanzuighoogte kleiner wordt. Soms is het zelfs noodzakelijk dat de pomp lager geplaatst wordt dan het niveau in het zuigreservoir (de pomp staat dan onder "toeloop") of dat de pomp in de vloeistof wordt ingedompeld.

De juiste pomp voor uw systeem:

Pompkarakteristiek centrifugaalpomp/verdringerpomp

De meest gebruikte pomp is de centrifugaalpomp, omdat deze doorgaans voordelig in aanschaf is. Toch is de centrifugaalpomp niet in alle gevallen de meest optimale keuze, en daarom worden ook verdringerpompen heel vaak toegepast. Een van de belangrijke redenen om voor een verdringerpomp te kiezen is het verschil in pompkarakteristiek.
Zo is bij de centrifugaalpomp de capaciteit sterk afhankelijk van de opvoerhoogte, met andere woorden een kleine wijziging in opvoerhoogte heeft een groot verschil in capaciteit tot gevolg. Bij een verdringerpomp blijft de capaciteit, ook bij een grote wijziging in opvoerhoogte, nagenoeg constant.

Bij een centrifugaalpomp zal de opvoerhoogte nooit hoger kunnen worden dan een bepaald maximum. Bij een verdringerpomp daarentegen, zal de opvoerhoogte op kunnen lopen tot een waarde ver boven de ontwerpdruk en daarom moet elke verdringerpomp tegen overdruk beveiligd worden.

Een centrifugaalpomp kan gebruikt worden over een breed capaciteitsgebied van links naar rechts in de pompcurve echter kan deze niet gebruikt worden voor opvoerhoogten lager dan einde pompcurve.
Een verdringerpomp kan gebruikt worden over een breed drukgebied echter kan de capaciteit alleen verlaagd worden door het toerental of de slagfrequentie te verlagen.

Een centrifugaalpomp wordt ontworpen voor een bepaalde capaciteit bij een bepaalde opvoerhoogte. Bij dit ontwerpbedrijfspunt zal het rendement optimaal zijn.

Bij een bepaald vast toerental is de opvoerhoogte afhankelijk van de waaierdiameter en de capaciteit is afhankelijk van de waaierbreedte. Naarmate de diameter groter is, is de opvoerhoogte ook groter en naar mate de breedte groter is, is de capaciteit groter.

Voor een bepaalde capaciteit (dus waaierbreedte) is de opvoerhoogte (dus waaierdiameter) niet onbeperkt te verhogen. Hogere opvoerhoogten zijn dan alleen te bereiken door een aantal waaiers op een gezamenlijke as in serie te plaatsen, de meertrapspompen.

Over het algemeen heerst de indruk dat een pomp bij een hogere druk ook hoger belast wordt. Bij verdringerpompen is dit inderdaad het geval, maar bij centrifugaalpompen is de situatie echter geheel anders. Het vermogensverbruik loopt naar rechts in de pompcurve op, oftewel naarmate de opvoerhoogte lager wordt, wordt de aandrijfmotor zwaarder belast. Na een bepaald maximum zal de vermogenslijn weer naar beneden afbuigen, dus een centrifugaalpomp zal de motor nooit zwaarder kunnen belasten dan met dit bepaalde maximale vermogen. Als de aandrijfmotor geschikt is voor dit vermogen, dan is hiermee dus de gehele curve gedekt en kan nooit overbelast worden. Soms wordt de motorgrootte gebaseerd op het opgenomen vermogen in het opgegeven bedrijfspunt, maar kleiner gekozen dan voor het maximale vermogen. Als de opvoerhoogte waarop de pomp gebruikt wordt dan op een gegeven moment lager wordt, dan neemt het opgenomen vermogen toe en bestaat het gevaar dat de aandrijfmotor overbelast wordt. Vooral bij een elektromotor waarbij de beveiliging niet juist functioneert, kan dit grote schade veroorzaken.

Omdat bij verdringerpompen de belasting altijd afhankelijk is van de druk en viscositeit, kan de aandrijfmotor bij stijging hiervan makkelijk overbelast worden. Daarom is het absoluut noodzakelijk dat uw installatie is voorzien van de nodige veiligheden. Om ontoelaatbare drukken te voorkomen dient het systeem altijd te zijn voorzien van een overdrukbeveiliging.

Benodigde NPSH

In een pompcurve van een centrifugaalpomp wordt doorgaans ook een NPSH curve weergegeven. Hiermee wordt bedoeld de NPSH_benodigd, die door de pompproducent altijd op basis van proefstandgegevens wordt bepaald.

Aan de pomp zijn de zuig-en persdrukken eenvoudig te meten, maar in de pomp zelf, zal de druk eerst nog lager worden dan de zuigdruk, en pas daarna weer oplopen tot de persdruk. ( Zie figuur 8) Het is nu sterk afhankelijk van het ontwerp en de bedrijfsomstandigheden hoe ver de druk in de pomp nog zal dalen onder de druk aan de zuigaansluiting, maar het is in ieder geval belangrijk om niet onder de verzadigde dampdruk te komen vanwege het gevaar van cavitatie.

Het bedrijfspunt

Als u in een systeem met een bepaalde leidingkarakteristiek een centrifugaalpomp inbouwt met een bepaalde pompkarakteristiek, dan zal het bedrijfspunt zich instellen op het snijpunt van de beide grafieken. Op dit punt is de doorstroomhoeveelheid door de pomp en door de leiding hetzelfde, en het drukverschil dat de leiding vraagt wordt opgebracht door de pomp. Bij de verdringerpomp zal de capaciteit onder alle omstandigheden praktisch constant blijven. Als de capaciteit in uw systeem dus constant moet zijn, dan ligt de keuze voor een verdringerpomp voor de hand. Als u in een dergelijk geval toch een centrifugaalpomp wilt gebruiken, dan is dit alleen mogelijk met aanvullende voorzieningen zoals een flowmeter in combinatie met een frequentieregelaar of een motorgestuurde regelklep.

Cavitatie

Zoals onder "De verzadigde dampspanning" al vermeld is, moet cavitatie-erosie voorkomen worden door te vermijden dat de vloeistof tijdens het verpompen overgaat in de dampfase. Daarom mag de druk van de vloeistof nergens lager worden dan de verzadigde dampdruk, ook niet in de pomp. Dit bereikt u door er eenvoudigweg voor te zorgen dat de NPSH_beschikbaar altijd hoger is dan de NPSH_benodigd, zoals aangegeven in figuur 12.