Hoe selecteer ik de juiste centrifugaalpomp?

De juiste centrifugaalpomp wordt geselecteerd op basis van de toepassing, model en/of type en bedrijfspunt. Het bedrijfspunt van de centrifugaalpomp is het belangrijkste onderdeel van de selectie.

Als een centrifugaalpomp wordt gevonden die ideaal past bij het werkpunt haal je

• maximaal comfort;
• hoogste rendement;
• maximale bedrijfszekerheid en levensduur.

Het bedrijfspunt wordt bepaald door:

• het benodigde debiet;
• de benodigde opvoerhoogte;
• (NPSH-waarde van installatie);
• het gebruikte medium (temperatuur, dichtheid, viscositeit).

Debiet

Debiet, wordt ook wel flow genoemd, is de hoeveelheid vloeistof die per tijdseenheid passeert.

waarbij:

• Q= debiet / volumestroom;
• V= volume;
• t= tijd.

Het debiet wordt doorgaans uitgedrukt in de eenheid m³/s (kubieke meter per seconde). Binnen de pompindustrie wordt dit doorgaans weergegeven in m³/h (kubieke meter per uur).

Pompdebiet centrifugaalpomp bij gesloten verwarmingssysteem

Als er in een verwarmingssysteem een nieuwe circulatiepomp moet worden ingebouwd, dan wordt de grootte hiervan afgestemd op het debiet met de volgende formule bepaald:

• QPU= debiet van de pomp in het ontwerppunt in [m³/h];
• QN = warmtebehoefte van het te verwarmen oppervlak in [kW];
• 1,163 = soortelijke warmtecapaciteit in [Wh/kgK];
• ∆ (vartheta) = ontwerptemperatuurverschil tussen voor- en terugloop van de verwarming in;
• [K], hierbij kan worden uitgegaan van 10 - 20 K voor standaardinstallaties.

Opvoerhoogte

Pompopvoerhoogte centrifugaalpomp bij gesloten verwarmingssystemen

Om het pompmedium naar elk punt van de verwarming te kunnen transporteren, moet de pomp de som van alle weerstanden overwinnen. Ingeval de weg van het leidingstelsel en de nominale doorlaten van de aangelegde leidingen moeilijk is vast te stellen, geldt deze formule als ruwe berekening van de opvoerhoogte:

• R = Wrijvingsverlies in de rechte leiding [Pa/m]. Hierbij kunnen voor standaardinstallaties 50 Pa/m tot 150 Pa/m worden aangehouden (afhankelijk van het bouwjaar van het huis, oudere huizen hebben op grond van de gebruikte grotere nominale doorlaten een kleiner drukverlies 50 Pa/m).
• L = Lengte van de ongunstigste verwarmingslijn [m] voor voor- of terugloop of: (lengte van het huis + breedte van het huis + hoogte van het huis) x 2
• ZF = Vermenigvuldigingsfactor voor:
  • Bochten/kranen ≈ 1,3;
  • Thermostaatventiel ≈ 1,7.
  • Zijn o.a. deze inbouwelementen aanwezig, dan kan een ZF van 2,2 worden gebruikt.
  • Bochten/kranen ≈ 1,3;
  • Thermostaatventiel ≈ 1,7;
  • Driewegventiel ≈ 1,2.
  • Zijn o.a. deze inbouwelementen aanwezig, dan kan een ZF van 2,6 worden gebruikt.
• 10.000 ≈ Omrekeningsfactor Pa (Pascal) naar m (meter).

De waarde 10.000 wordt gebruik en is ongeveer de omrekening van pascal (Pa) naar meter waterkolom (mH²O / mWs / mWk /m). De exacte conversie kan gedaan worden met de onze online eenhedenconversietool.

NPSH en cavitatie

Met cavitatie wordt de implosie van de gevormde dampbellen (holle ruimten) ten gevolge van plaatselijke onderdrukvorming onder de verdampingsdruk van de te transporteren vloeistof bij de waaierinlaat bedoeld. Dit leidt tot een verminderde capaciteit (opvoerhoogte), onrustige loopeigenschappen, een verminderd rendement, geluiden en materiaaldefecten (in de pomp).

Door de uitzetting en implosie van kleine luchtbellen in gebieden met een hogere druk (b.v. nabij de waaieruitlaat), worden drukslagen veroorzaakt die het hydraulisch systeem kunnen beschadigen. De eerste tekenen hiervoor zijn geluiden of schade bij de waaierinlaat.

Een belangrijke waarde voor een centrifugaalpomp is de NPSH-waarde (Net Positive Suction Head). Deze geeft de minimale druk bij de pomptoeloop aan die deze pompconstructie nodig heeft om cavitatievrij te kunnen werken, d.w.z. de extra druk die nodig is om te voorkomen dat de vloeistof verdampt en om deze in vloeibare toestand te houden.

De NPSH-waarde wordt aan pompzijde door waaiervorm, pomptoerental en aan omgevingszijde door mediumtemperatuur, waterafdekking en atmosferische druk beïnvloed.

Lucht in centrifugaalpomp leidt tot cavitatie

Om cavitatie te voorkomen moet de pompvloeistof met een bepaalde toeloophoogte naar de centrifugaalpomp worden geleid. De grootte van deze minimale toeloophoogte is afhankelijk van temperatuur en druk van de pompvloeistof.

Andere mogelijkheden om cavitatie te voorkomen:

• statische druk verhogen;
• mediumtemperatuur verlagen (dampdruk PD verlagen);
• pomp met een geringe NPSH-waarde (minimale toeloophoogte).

Pompkarakteristiek

De opvoerhoogte van een pomp H is de mechanische energie die door de pomp in de vloeistof wordt overgedragen, gerelateerd aan de gravitaire energie van de vloeistof, onder de plaatselijke graviteit.

• H = opvoerhoogte;
• E = bruikbare mechanische energie [N • m];
• G = gewichtsbelasting [N].

Hierbij zijn de in de pomp opgewekte drukverhoging en het debiet van de pomp van elkaar afhankelijk. Deze afhankelijkheid wordt in een diagram als pompkarakteristiek weergegeven.

Op de verticale as, de ordinaat, wordt de opvoerhoogte H van de pomp in meter [m] genoteerd. Andere schaalindelingen zijn mogelijk. Hierbij gelden de volgende globale omrekeningswaarden:

10 m ≈ 1 bar = 100.000 Pa = 100 kPa

Op de horizontale as, de abscis, bevindt zich de indeling voor het debiet Q van de pomp in kubieke meter per uur [m³/h]. Een andere asschaalindeling, bijvoorbeeld (l/s), is mogelijk.

Het verloop van de karakteristiek toont de volgende verbanden: de elektrische aandrijvingsenergie wordt (met inachtneming van het totale rendement) in de pomp in de hydraulische energievormen drukverhoging en beweging omgezet. Loopt de pomp tegen een gesloten ventiel, dan ontstaat de maximale pompdruk. Men spreekt dan van nul-opvoerhoogte H0 van de pomp. Wordt het ventiel langzaam geopend, dan begint het pompmedium te stromen. Hierdoor wordt een deel van de aandrijvingsenergie in bewegingsenergie omgezet. De oorspronkelijke druk kan dan niet meer worden vastgehouden. De pompkarakteristiek krijgt een dalend verloop. Theoretisch wordt het snijpunt van de pompkarakteristiek met de debiet-as bereikt, als het water alleen nog maar bewegingsenergie heeft en er geen druk meer wordt opgebouwd. Aangezien een leidingsysteem echter altijd een inwendige weerstand heeft, eindigen de werkelijke pompkarakteristieken voor het bereiken van de debiet-as.

Hierbij ontstaan afhankelijk van de steilheid en de bedrijfspuntverandering verschillende debiet- en drukveranderingen.

• vlak verlopende karakteristiek;
  • grotere debietverandering, maar kleine drukverandering;
• steil verlopende karakteristiek;
  • kleinere debietverandering, maar grote drukverandering.

Installatiekarakteristiek

De inwendige wrijvingsweerstand in de leiding leidt tot drukverlies van het verpompte medium overeenkomend met de gehele lengte. Dit drukverlies is bovendien afhankelijk van de temperatuur van het stromende medium, de viscositeit hiervan, de stroomsnelheid, de armaturen, de aggregaten en de wrijvingsweerstand in de leiding bestaande uit leidingdiameter, leidingruwheid en leidinglengte. Deze wordt in een installatiekarakteristiek weergegeven. Hiervoor wordt hetzelfde diagram als voor de pompkarakteristiek gebruikt.

Het verloop van de karakteristiek toont de volgende verbanden:

De oorzaak van de wrijvingsweerstand in de leiding is de wrijving van het water langs de wanden, de wrijving van de waterdruppels tegen elkaar en de vormveranderingen van de leiding. Bij een verandering van het debiet, bijvoorbeeld door het openen en sluiten van de thermostaatventielen, verandert ook de snelheid van het water en dus de wrijvingsweerstand van de leiding. Aangezien de onveranderde leidingdiameter als een doorstroomd vlak beschouwd moet worden, verandert de weerstand kwadratisch. Grafisch gezien resulteert dit daarom in de vorm van een parabool.

Wiskundig blijkt hieruit het volgende verband:

Wordt het debiet in het leidingstelsel gehalveerd, dan daalt de opvoerhoogte tot een vierde. Wordt het debiet verdubbeld, dan wordt de opvoerhoogte met het viervoudige verhoogd.

Als voorbeeld hiertoe dient het uitlopen van water uit een aftapventiel. Bij een voordruk van 2 bar, wat overeenkomt met een pompopvoerhoogte van ca. 20 m, levert een aftapventiel DN 1/2 een debiet van 2 m3/h. Om dit debiet te verdubbelen moet de voordruk van 2 bar worden verhoogd tot 8 bar.

Bedrijfspunt

Daar waar de pompkarakteristiek en de installatiekarakteristiek elkaar kruisen, bevindt zich het actuele bedrijfspunt van de verwarmings- of watervoorzieningsinstallatie.

Dat wil zeggen dat er op dat punt een evenwicht heerst tussen het aangeboden vermogen van de pomp en het verbruikte vermogen van het leidingstelsel. De pompopvoerhoogte is altijd net zo groot als de doorstromingsweerstand van de installatie. Dit resulteert dan in het debiet dat door de pomp geleverd kan worden.

Hierbij moet in acht worden genomen dat het debiet niet lager mag zijn dan een bepaald minimaal debiet. Anders kan er oververhitting in de pompruimte ontstaan, waardoor de pomp kapot kan gaan. Neem hierbij de gegevens van de fabrikant in acht. Een bedrijfspunt buiten de pompkarakteristiek leidt ertoe dat de motor beschadigd raakt.

Door de verandering van de capaciteit tijdens het bedrijf, verandert ook het bedrijfspunt voortdurend. De planner moet een ontwerpbedrijfspunt vinden dat is afgestemd op de maximale eisen. Bij verwarmingscirculatiepompen is dat de benodigde warmte van het gebouw, bij drukverhogingsinstallaties is dat de piekdoorstroming voor alle aftappunten.

Alle andere bedrijfspunten die in het praktische bedrijf optreden, liggen in de karakteristiek links van dit ontwerpbedrijfspunt.

De beide afbeeldingen rechts laten zien dat de verandering van het bedrijfspunt ontstaat door de verandering van de doorstromingsweerstand.

Bij verschuiving van het bedrijfspunt, naar links vanaf het ontwerppunt, wordt de opvoerhoogte van de pomp automatisch verhoogd. Hierbij ontstaan er stromingsgeluiden in de ventielen.

De aanpassing van de opvoerhoogte en het debiet aan de behoefte vindt plaats door het inbouwen van geregelde pompen. Hierbij worden tegelijkertijd de bedrijfskosten aanzienlijk gereduceerd.

Pompselectiesoftware helpt je aan de juiste centrifugaalpomp

De juiste pomp selecteren op basis van belangrijke kenmerken is handmatig haast niet te doen. Met pompselectiesoftware zoals Wilo-Select beschik je over een complete en effectieve selectieservice. Vanaf de berekening tot aan het ontwerp van de pomp en de bijbehorende documentatie heb je alle noodzakelijke gegevens tot jouw beschikking.

Wilo-Select is zowel online te gebruiken of lokaal te installeren op jouw computer.

Hiermee kun je de volgende menupunten praktijkgericht bewerken:

• berekening;
• ontwerp;
• catalogus & artikelonderzoek;
• pompvervanging;
• documentatie;
• energiekosten- en afschrijvingsberekeningen;
• levenscycluskosten (Life Cycle Costs);
• data-export naar Acrobat PDF, DXF, GAEB, Datanorm, VDMA, VDI, CEF;
• automatische internet-updates.

Professioneel advies voor de juiste centrifugaalpomp

Wij vinden het belangrijk dat jij de juiste keuze maakt, zodat jij de maximale energie-efficiëntie haalt, maximaal comfort geniet, de pomp bedrijfszeker zijn werk blijft doen.