PUMPS MAGAZINE ISSUE 59 september 2008 17

T I P S & T R I C K S

POMPCURVES VAN CENTRIFUGAALPOMP

‘METER VLOEISTOFKOLOM’ EN WAT IS NPSH?De pompcurves van een centrifugaalpomp geven het verband tussen de capaciteit en de totale verschilhoogte, meestal uitgedrukt in “meter vloeistofkolom”. Waarom wordt hier niet het verband tussen de capaciteit en de verschildruk, uitgedrukt in “bar” gebruikt?

De druk op gelijk welk punt in een vloeistof kan beschouwd worden als zijnde veroorzaakt

door een vertikale kolom van de vloei-stof, door het gewicht van deze laat-ste. De hoogte van deze kolom wordt de statische hoogte genoemd, en wordt uitgedrukt in “meter vloeistofkolom” (mvk).Dezelfde hoogteterm wordt gebruikt om de kinetische energie, voortge-bracht door de pomp, te meten. Of met andere woorden, hoogte (Engels “Head”) is een maat voor de hoogte van de vloeistofkolom die de pomp kan cre-eren uit de kinetische energie die aan de vloeistof meegegeven wordt. Hoogte is niet equivalent aan druk. Hoogte is immers een term uitgedrukt in lengte-eenheden en druk heeft als eenheid kracht per eenheid oppervlak.

De hoofdreden om hoogte in plaats van druk te gebruiken om de energie van de centrifugaalpomp uit te drukken is het feit dat de druk van de pomp zal ver-anderen als het soortelijk gewicht van de vloeistof verandert, maar de hoogte zal dezelfde blijven.

Een gegeven centrifugaalpomp met een gegeven waaierdoormeter en

snelheid, zal een vloeistof een bepaald aantal meters opvoeren, onafhankelijk

van het gewicht van de vloeistof.

Aldus wordt de prestatie van een cen-trifugaalpomp op een dunne vloeistof, of ze nu zwaar (bijvoorbeeld zwavel-zuur) of licht (bijvoorbeeld benzine) is, beschreven door de term “hoogte” te gebruiken. De pompcurves zijn altijd gemaakt met “hoogte”.

Verband tussen hoogte en drukDe statische hoogte die overeenkomt met een bepaalde druk is afhankelijk van het soortelijk gewicht van de vloei-stof, volgens de eenvoudige formule:

Hoogte (mvk) = Druk (bar) x 10 / Soortelijk gewicht (kg/dm³)

Vloeistoffen hebben soortelijke gewichten, die gaan van ongeveer 0,5 (zoals lichte koolwaterstoffen) tot 1,8 (zoals geconcentreerd zwavelzuur). Water is de referentie met een soorte-lijk gewicht van 1,0. Bijna alle pomp-curves voor centrifugaalpompen zijn op water gemaakt. Bovenstaande formule helpt op de pompdrukken, afgelezen op manome-ters, te converteren naar hoogte, nodig voor het lezen van de pompcurve.

Verschillende hoogtenDe volgende verschillende hoogte-termen worden hierna besproken (zie figuur 1):→ Statische hoogte aan de zuigzijde,

hs (engels: Static Suction Head)→ Statische hoogte aan de drukzijde,

hd (engels: Static Discharge Head)→ Wrijvingshoogte, hf (engels: Fric-

tion Head)→ Dampspanningshoogte, hvp (engels:

Vapor Pressure Head)

Eddy Van de Putte, Mervers

Beeld van een gecaviteerde waaier.

Fig. 1 : verschillende drukhoogten.

18 PUMPS MAGAZINE ISSUE 59 september 2008

T I P S & T R I C K S

PUMPS MAGAZINE ISSUE 59 september 2008 19

T I P S & T R I C K S

→ Drukhoogte, hp (engels: Pressure Head)

→ Snelheidshoogte, hv (engels: Velo-city Head)

→ Totale hoogte aan de zuigzijde, Hs (engels: Total Suction Head)

→ Totale hoogte aan de drukzijde, Hd (engels: Total Discharge Head)

→ Totale verschilhoogte, HT (engels: Total Differential Head)

→ Netto positieve hoogte aan de zuig-zijde vereist, NPSHr (engels: Net Positieve Suction Head Required)

→ Netto positieve hoogte aan de zuig-zijde beschikbaar, NPSHa (engels: Net Positive Suction Head availa-ble)

Opmerking: De kleine letters “s” en “d” verwijzen naar zuigzijde (engels: Suction) en drukzijde (engels: Discharge).

Statische hoogte aan de zuigzijde (hs): hoogte resulterend uit de vloeistof-hoogte t.o.v. de centerlijn van de pomp. Als het vloeistofniveau boven de centerlijn van de pomp komt, dan is hs positief. Als het vloeistofni-veau onder de centerlijn van de pomp komt, is hs negatief. Een negatieve hs wordt gewoonlijk de “aanzuighoogte” genoemd.

Statische hoogte aan de drukzijde (hd): dit is de vertikale hoogte in meter tussen de centerlijn van de pomp en het uitlooppunt van de leiding (bij vrije uit-loop) of het vloeistofniveau van de uit-looptank (bij vulling onderaan of zijde-lings van de tank). Soms wordt ook het hoogste punt van de leidingen aan de drukzijde van de pomp genomen, om zeker te zijn dat de pomp deze hoogte kan halen bij het starten.

Wrijvingshoogte (Hf): de nodige hoogte om de stromings-weerstand in de buizen, toestellen en fittingen te overwinnen. Is afhanke-lijk van de grootte en het type buis, aantal en soort toestellen en pijpfittin-gen, debiet en de natuur van de vloei-stof. De bepaling gebeurt aan de hand van grafieken of tabellen die gepubli-ceerd zijn en gegevens van de fabrikant van de toestellen.

Dampspanningshoogte (hvp): De dampspanning is de druk waarbij een

vloeistof en zijn damp samen in even-wicht bestaan bij een gegeven tempe-ratuur. Deze dampspanning kan men vinden in dampspanningstabellen. Als de dampspanning omgezet wordt in hoogte, wordt ze de dampspannings-hoogte hvp genoemd. De waarde van hvp van een vloeistof neemt toe bij hogere temperatuur en werkt in feite de druk op het vloeistofoppervlak tegen. Of anders gesteld, de hvp verlaagt de drukhoogte aan de zuigzijde.

Drukhoogte (hp): De drukhoogte moet bekeken worden als het pompsysteem in een tank begint of eindigt en als deze tanks onder een druk staan die anders is dan de atmosferische druk. De druk in de tank moet eerst worden omgezet in meter vloeistofkolom.

Snelheidshoogte (hv): verwijst naar de energie van een vloei-stof als resultaat van haar beweging met een bepaalde snelheid “v”. Dit is de equivalente hoogte die zou nodig zijn om de vloeistof een bepaalde snel-heid te geven. De snelheidshoogte is meestal zodanig klein dat ze kan ver-waarloosd worden.

Totale hoogte aan de zuigzijde (Hs): de drukhoogte op de tank aan de zuig-zijde (hps) plus de statische hoogte aan de zuigzijde (hs) plus de snelheid-hoogte aan de pompinlaatflens (hvs) min de wrijvingshoogte aan de zuig-zijde (hfs). Zoals reeds gezegd word de snelheidshoogte (hvs) meestal ver-waarloosd:

Hs = hps + hs (+ hvs) - hfs

De totale hoogte aan de zuigzijde is de druk die men afleest op de manometer aan de inlaatflens van de pomp, omge-zet naar meter vloeistofkolom.

Totale hoogte aan de drukzijde (Hd): de drukhoogte op de tank aan de druk-zijde (hpd) plus de statische hoogte aan de drukzijde (hd) plus de snel-heidshoogte aan de pompuitlaatflens (hvd) (meestal verwaarloosbaar) plus de totale wrijvingshoogte van de lei-dingen, toestellen en fittingen aan de drukzijde (hfd):

Hd = hpd + hd (+ hvd) + hfd

De totale hoogte aan de drukzijde is de druk die men afleest op de manometer aan de uitlaatflens van de pomp, omge-zet naar meter vloeistofkolom.

Totale verschilhoogte (HT): is de totale hoogte aan de drukzijde min de totale hoogte aan de zuigzijde:

HT = Hd – Hs

NPSH, eenvoudig verklaardDe NPSH (Net Positive Suction Head) is een van de meest gebruikte, en tege-lijkertijd minst begrepen termen. Noch-tans is het begrip van de NPSH zeer essentieel voor de goede installatie en het goede gebruik van een pomp.

“Centrifugaalpompen kunnen enkel vloeistoffen verpompen, geen dampen”De goede werking van een centrifu-gaalpomp vereist dat er nergens ver-damping van de vloeistof optreedt. Dit komt omdat het volume zeer sterk ver-hoogt als een vloeistof verdampt. Zo wordt 1 m³ water bij kamertemperatuur omgezet in 1700 m³ damp bij dezelfde temperatuur. Het is dus duidelijk dat, als we een vloeistof efficiënt willen verpompen, deze laatste altijd in de vloeistoffase moet blijven.

“Verhoging van de temperatuur en verlaging van de druk veroorzaakt verdamping”De verdamping begint als de damp-spanning van de vloeistof bij een bepaalde werkingstemperatuur gelijk is aan de uitwendige systeemdruk, die, in een open systeem, altijd gelijk

18 PUMPS MAGAZINE ISSUE 59 september 2008

T I P S & T R I C K S

PUMPS MAGAZINE ISSUE 59 september 2008 19

T I P S & T R I C K S

is aan de atmosferische druk. Elke ver-laging van de uitwendige druk of ver-hoging van de werkingstemperatuur kan leiden tot verdamping en de pomp stopt dan met pompen. Daarom moet de centrifugaalpomp steeds een vol-doende grote hoogte aan de zuigzijde hebben om deze verdamping te vermij-den in het punt met de laagste druk in de pomp. Een drukverhoging verder in de pomp kan ook leiden tot implosie van de gevormde dampbellen, hetgeen een verschijnsel veroorzaakt dat men “cavi-tatie” noemt. Cavitatie is absoluut te vermijden in de pomp. De gedetail-leerde beschrijving van cavitatie maakt echter geen deel uit van dit bestek.

“De NPSH als middel om dampvorming te vermijden”De fabrikant test meestal de pomp met water bij verschillende debieten, door het smoren van de zuigzijde. Wan-neer de eerste tekenen van dampvor-ming optreden en de cavitatie begint (per definitie bij 3 % verlaging van de verschilhoogte), wordt de druk aan de zuigzijde genoteerd. Deze druk wordt dan omgezet in hoogte. Deze hoogte wordt genoteerd op de pompcurve en wordt de netto positieve hoogte aan de zuigzijde (engels: Net Positive suction Head) of kortweg NPSH genoemd. De NPSH is de totale hoogte aan de zuig-zijde van de pomp min de dampspan-ning, omgezet in meter vloeistofko-lom absoluut.Bij de bespreking van centrifugaalpom-pen zijn de twee belangrijkste hoogte-waarden de NPSHr en de NPSHa.

Net Positive Suction Head Required (NPSHr)De NPSHr is een functie van het pomp-ontwerp die wordt bepaald door een pomptest bij de fabrikant en wordt ver-meld op de pompcurve. Als de vloei-stof van de inlaatflens naar de inlaat van de waaier gaat in de pomp, ver-hoogt de snelheid en verlaagt de druk. Er ontstaan ook drukverliezen door turbulentie als de vloeistof de impel-ler raakt. De centrifugaalkracht van de impellerschoepen verhoogt de snel-heid nog meer, waardoor de druk nog verder daalt. De NPSHr is de positieve hoogte, uitgedrukt in meter waterko-lom absoluut, aan de zuigzijde van de pomp die nodig is om deze drukver-

De NPSHa wordt berekend op basis van systeem- en procesparameters.

De formule voor de berekening van de NPSHa ziet er als volgt uit:

NPSHa = hps + hs – hvps – hfs

hps: drukhoogte op de tank aan de zuigzijde, uitgedrukt in meter vloei-stofkolom absoluut. Dus bij atmosfe-rische tank is hps = 10 mwk op water, doch 20 mvk op een vloeistof met SG = 0,5 kg/dm³hs: statische hoogte aan de zuigzijde, dus de vertikale afstand tussen de cen-terlijn van de pomp en het vloeistofni-veau aan de zuigzijdehvps: dampspanningshoogte bij de werkingstemperatuur van de ver-pompte vloeistof aan de zuigzijde van de pomp, uitgedrukt in mvk absoluut.hfs: wrijvingshoogte aan de zuigzijde, dus alle wrijvingsverliezen door leidin-gen, apparaten en appendages aan de zuigzijde, uitgedrukt in meter vloei-stofkolom.

Opmerkingen§ Het is belangrijk om de correcties

voor het soortelijk gewicht van de vloeistof uit te voeren en alle termen uit te drukken in “meter absoluut”.§ Elke discussie over NPSH of cavi-

tatie is alleen een verhaal over de zuigzijde van de pomp. Er is immers altijd voldoende druk voorhanden aan de drukzijde van de pomp om dampvorming te voorkomen.

De NPSHa moet altijd hoger zijn dan de NPSHr, opdat de pomp goed zou werken. In de praktijk wordt er meestal van uitgegaan dat een verschil van ongeveer 0,5 mvk volstaat om cavita-tieproblemen op een bepaald werkings-punt te vermijden. Dit mag natuurlijk ook meer zijn. <<

liezen in de pomp te compenseren en ervoor te zorgen dat de vloeistof boven zijn dampspanning blijft. De NPSH is altijd positief gezien ze is uitgedrukt in absolute vloeistofhoogte. De NPSHr van een bepaalde centrifu-gaalpomp verhoogt als het debiet ver-hoogt omdat de snelheid van de vloei-stof verhoogt, en bijgevolg de druk daalt. De meeste pompcurves geven deze informatie. De NPSHr is onaf-hankelijk van het soortelijk gewicht van de vloeistof, zoals alle ander hoog-tewaarden.

Net Positive Suction Head Available (NPSHa)De NPSHa is functie van het systeem waarin de pomp staat. Het is het over-schot aan druk van de vloeistof, uitge-drukt in meter vloeistofkolom abso-luut, boven zijn dampspanning als deze vloeistof aan de zuigzijde van de pomp aankomt, om minstens zeker te zijn dat de geselecteerde pomp niet caviteert.