Luctor et Emergo

Vorige week zondag regende het. Niet zo’n beetje ook, bleek toen ik even een boodschap moest doen. Die eenden zwemmen normaal toch in de sloot? Het was extreem slecht weer in Hellevoetsluis (Voorne-Putten) en naar later bleek ook op Goeree Overflakkee.

Een half IJsselmeer maar liefst is er uitgestort over, met name, dit deel van het land. Is dit het antwoord op de heerlijke zomer die we hebben gehad? Al het water dat in de hete zomer is verdampt moest toch weer een keer naar beneden komen. Alleen jammer dat dat dan in één dag gebeurt…  Ik zag de brandweer met man en macht allerlei pompen installeren om het water weg te pompen. Toen ik achteloos vroeg wat voor type pomp ze gebruikten werd ik aangekeken of ze (het) water zagen branden. Reden te meer om deze week de aandacht te vestigen op: pompen.

Twee verschillende typen pompen 

Een pomp is een veel toegepast apparaat in de procesindustrie om vloeistoffen te verplaatsen en een zekere drukverhoging te geven. Er zijn diverse categorieën waar pompen in ingedeeld kunnen worden. Ik wil me beperken tot de twee meest gebruikte: verdringerpompen en centrifugaalpompen. Een verdringerpomp verplaatst de vloeistof (verdringt de vloeistof) door het eerst vergroten (zuigen) en daarna verkleinen (persen) van de pompruimte. Neem bijvoorbeeld een cilinder met een zuiger (zoals ook in de motor van de auto zit). Door de omlaaggaande beweging van de zuiger wordt het volume in de cilinder groter en wordt er een onderdruk (= vacuüm) gecreëerd. De vloeistof stroomt door deze onderdruk in de cilinder. Bij de omhooggaande beweging van de zuiger wordt de ruimte in de cilinder kleiner en wordt de druk hoger. Hierdoor stroomt de vloeistof uit de pomp. Door deze beweging te herhalen wordt een continue vloeistofstroom gecreëerd. 300px-Zuigerpomp
Centrifugaalpompen bestaan uit een pomphuis met daarin een ronddraaiend schoepenwiel (de waaier). Het pompprincipe berust op het wegslingeren van de vloeistof door de ronddraaiende beweging van de waaier. De hierbij optredende krachten kennen we wel als je bijvoorbeeld in een draaimolen zit of in het Tiki bad in de Duinrell in de donutglijbaan terecht komt. Door het wegslingeren van de vloeistof naar de buitenkant ontstaat aan de binnenkant ruimte (onderdruk) waar nieuwe vloeistof in kan stromen. Op die manier wordt de vloeistof verpompt. Centrifugaalpomp
Het ene pompprincipe is niet beter of slechter dan het andere. Het is maar net waar de pomp voor gebruikt wordt. Binnen de categorie pompen heb je ook nog verschillende soorten om de keuze nog makkelijker (?) te maken.

Wat zijn de verschillen? 

Er zijn belangrijke verschillen tussen de twee principes. Een centrifugaalpomp is niet zelfaanzuigend. Dat wil zeggen dat hij niet zelf vloeistof opzuigt uit bijvoorbeeld een lager gelegen put. Het principe van deze pomp berust op het wegslingeren van vloeistof, dus dan moet er wel wat weg te slingeren vallen. De pomp zal dus eerst met vloeistof gevuld moeten worden voordat deze kan werken. Een verdringerpomp creëert bij de zuigbeweging wel een onderdruk (vacuüm), waardoor deze wel zelfaanzuigend is. Hoewel met een centrifugaalpomp best hoge drukken bereikt kunnen worden, wordt voor echt hoge drukken gebruik gemaakt van verdringerpompen. Een verdringerpomp verplaatst gewoon domweg de hoeveelheid vloeistof die door de snelheid (toerental) en volume van het pomphuis wordt vastgelegd. Stel dat een cilinder met 100 liter in 1 minuut een keer wordt gevuld en geleegd, dan verpompt deze pomp dus 100 liter per minuut. De persdruk wordt volledig bepaald door het leidingsysteem dat daarachter zit. Als ik water verpomp en als persleiding een leiding gebruik met een lengte van 100 meter en een diameter van 50 mm wordt de persdruk bijvoorbeeld 0,2 bar, maar gebruik ik een leiding met dezelfde lengte maar met een diameter van 25 mm, dan wordt de persdruk bijna 6 bar. Een verdringerpomp blijft dus altijd dezelfde hoeveelheid vloeistof verpompen, alleen de persdruk verandert. Dit principe geldt dus ook als een afsluiter in de leiding wordt dichtgezet. De pomp blijft gewoon diezelfde hoeveelheid vloeistof in de leiding pompen, alleen kan het nergens naartoe. Dit zal resulteren in een heel snelle opbouw van de druk, net zolang totdat er iets kapot gaat. Deze pompen moeten dus altijd worden beveiligd, zodat deze stopt als de druk te hoog wordt of dat de druk op een veilige manier kan worden afgelaten. Bij een centrifugaalpomp zit dat anders. Dit type pomp levert niet altijd dezelfde volumestroom aan vloeistof, maar is daarvoor volledig afhankelijk van het leidingsysteem dat daarachter zit. Indien bij dit type pomp de hoeveelheid verpompte vloeistof toeneemt, neemt de persdruk af, of beter gezegd: dan neemt het verschil tussen de persdruk en zuigdruk af. Dit verschil tussen de pers- en zuigdruk van de pomp wordt opvoerhoogte genoemd en wordt uitgedrukt in meters vloeistof kolom (mvk). Zo moet je dat ook echt zien. Een pomp met een opvoerhoogte van 10 meter vloeistof kolom, zal de vloeistof ten opzichte van de zuigkant 10 meter “op kunnen tillen”. De druk die echter beneden aan de perskant van de pomp wordt gemeten door er een drukmeter op aan te sluiten, is afhankelijk van het type vloeistof dat verpompt wordt. Als een pomp een opvoerhoogte heeft van 10 meter en hij verpompt water, dan zal de persdruk ongeveer 1 bar bedragen. Als dezelfde pomp met dezelfde opvoerhoogte van 10 meter olie verpompt (dat lichter is dan water), dan zal de persdruk maar 0,8 bar bedragen.

Opvoerhoogte

De opvoerhoogte van een centrifugaalpomp verandert dus naarmate de vloeistofstroom (ook wel flow genoemd) verandert. Dit wordt weergegeven met een curve, die (je raadt het al) de pompcurve wordt genoemd.

De pomp- en systeemcurve

Er is nog één ding dat je moet weten voordat je het gedrag van een centrifugaalpomp helemaal begrijpt. Een pomp is een onderdeel van een “systeem”. Dit systeem is bijvoorbeeld een tank waaruit gepompt wordt, een leiding naar de zuig van de pomp voorzien van een afsluiter, dan de pomp, een persleiding met een afsluiter en een vat waarin gepompt wordt. De vloeistof stroomt door het systeem door het drukverschil van de tank naar de pomp en van de pomp naar het vat waarin gepompt wordt. De vloeistof ondervindt echter wrijving, weerstand, als het door het systeem stroomt. Naarmate de vloeistofstroom hoger wordt, neemt het drukverschil in de leiding “kwadratisch” toe. Dus wordt de vloeistofstroom 2 x zo hoog, dan wordt het drukverschil 2 x 2 = 4 maal zo hoog (Als je niet meer weet hoe dit zit, kan je dit nog even teruglezen inde blog moleculen met 130 km/uur). Ook dit wordt in een curve weergegeven. Waar de pompcurve en de systeemcurve elkaar snijden, zal het werkpunt van de pomp liggen. Stel dat we de leidingdiameter vergroten: de vloeistof ondervindt dan minder weerstand dan in het systeem met de kleinere leidingdiameter. Indien we dezelfde pomp in dit  systeem plaatsen, dan zal het werkpunt op een ander punt uitkomen. Door de lagere weerstand van systeem 2 zal de pomp minder opvoerhoogte hoeven op te bouwen om meer vloeistof te verpompen.

Pompcurce-vs-leidingweerstand

De procestechnoloog kan berekeningen maken hoe hoog de weerstand van een leidingsysteem is en op die manier de juiste pomp selecteren.

Laat de volgende grote regenbui maar komen, want je weet nu hoe je de juiste pomp selecteert.

2 antwoorden
  1. Gerrit
    Gerrit zegt:

    Goed geschreven. Hoe bepaal je nu de vloeistofslag bij een leiding met L is 1000 meter, stroomsnelheid van 4 m/sek en sluittijd afsluiter van 10 sek.

    Beantwoorden
    • Jethro
      Jethro zegt:

      Hallo Gerrit,

      Waarschijnlijk een erg late reactie, maar wilde toch een stukje kennis delen en u misschien alsnog helpen.
      Vloeistofslag / waterslag / water hammer / liquid surge, kan bepaald worden door middel van de Joukowsky vergelijking.
      Hiervoor zijn echter wel meer gegevens nodig dan u hierboven geeft.
      Waaronder medium eigenschappen zoals de dichtheid en kleptype (welke een grote invloed hebben op de hoogte van de drukpiek en reactie krachten).

      Met vriendelijke groet,
      Jethro

      Beantwoorden

Plaats een Reactie

Meepraten?
Draag gerust bij!

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *