Pompen zonder pomp
Niet voor elke verplaatsing van vloeistof is een pomp nodig
J.W. Vogelesang
Adviseur PumpSupport, Hendrik Ido Ambacht
Wanneer u een vloeistof wilt verpompen, dan is er een verhoging van de druk nodig.
Meestal wordt hiervoor gebruik gemaakt van een pomp, maar er zijn ook andere
manieren om deze drukverhoging te bereiken. In dit artikel vindt u een paar voorbeelden uit de praktijk.
Wellicht kunt u daar zelf ook gebruik van maken.
1. Inleiding
Wanneer u een pomp aanschaft, dan moet deze natuurlijk
volledig geschikt zijn voor de betreffende toepassing. De
materialen van de pomp moeten bestendig zijn, de pomp
mag niet verstoppen en er mag geen beschadiging optreden aan de structuur van de verpompte vloeistof of daarin
vermengde bestanddelen.
Vooral bij schurende stoffen en bij grove bestanddelen of bij
zachte bestanddelen die kwetsbaar zijn (bijvoorbeeld zacht
fruit of levende visjes) kan het soms moeilijk zijn om hiervoor een geschikte pomp te vinden. Ook is het voor een
gelijkmatige dosering of voor het uitvullen van kleine hoeveelheden vaak onmogelijk om dit direct met een pomp te
bereiken. Gelukkig zijn er voor bepaalde toepassingen
goede alternatieven om vloeistof te verpompen. Figuur 1
geeft de basisprincipes weer van het 'pompen met en zonder pomp'.
Figuur 1 - Basisprincipes
A) (Basisschema). De afsluiter/terugslagklep verhindert dat
de vloeistof onder invloed van de zwaartekracht terugstroomt. Over deze klep staat een drukverschil Dp.
Wilt u bereiken dat de vloeistof gaat stromen, dan dient u dit
drukverschil te overbruggen. Tevens zult u de leidingverliezen moeten overwinnen.
B) Voor het overbruggen van het statische hoogteverschil
en de leidingweerstand is een pomp ingebouwd die het
drukverschil kan overbruggen. De pomp moet volledig
geschikt zijn voor de vloeistof en er wordt alleen vloeistof
verpomp wanneer de pomp in werking is.
C) Er is geen pomp ingebouwd, maar het benodigde drukverschil wordt bereikt door het reservoir volledig af te sluiten
en door middel van perslucht of een ander gas de druk
boven het vrije vloeistofoppervlak te verhogen. Met behulp
van een regelventiel in de vloeistofleiding kunt u eenvoudig
doseren. Met een eenvoudig open/dicht-ventiel (eventueel
met tijdbesturing) kunt u nauwkeurig uitvullen zonder dat er
piekdrukken ontstaan.
D) Er is geen pomp ingebouwd, maar het benodigde druk-
verschil wordt bereikt met een kracht op een zuiger, zodat
de druk boven het vrije vloeistofoppervlak verhoogd wordt.
Er wordt alleen vloeistof verpompt zolang de zuiger wordt
voortbewogen.
Bij de principes C en D kunt u dus vloeistof verpompen
zonder gebruik te maken van een pomp. Hiermee is het
mogelijk om problemen te voorkomen die met een pomp
kunnen ontstaan, zoals slijtage, verstopping, veelvuldig
aan/uit-schakelen of beschadiging van de structuur van de
vloeistof.
^ Top
2. Praktijkvoorbeelden
2.1 Persluchtriolering
Voor het verpompen van rioolwater en afvalwater met grote
vaste bestanddelen zijn speciale pompen ontwikkeld.
Doorgaans hebben deze een grote vrije kogeldoorlaat om
verstopping te voorkomen, of ze zijn voorzien van een versnijder in de inlaat. Hiermee worden dan de grove bestanddelen
al kleiner gemaakt voordat ze in de pomp terechtkomen.
Desondanks zijn pompen voor het verpompen van rioolwater en afvalwater nog steeds zeer gevoelig voor verstopping
en slijtage en vergen daarom vaak extra onderhoud.
Bovendien wordt de pomp meestal als dompelpomp in de
put geplaatst. Hiermee worden dan de aanzuigproblemen
voorkomen, maar de onderwatermotor moet wel weer aan
hoge eisen voldoen. Soms is het zelfs vereist dat de
elektromotor explosieveilig is.
Een alternatief systeem is het persluchtpersriool. Een pomp
ontbreekt hierbij; de stromingsenergie wordt toegevoerd
door middel van perslucht. Meestal bestaat een complete
installatie uit een put, een luchtcompressor en de bijbehorende besturing.
Zie het schema in figuur 2 voor het principe van de werking.
^ Top
Figuur 2: Schema van persluchtriolering (schema: IE-Systems)
Het rioolwater of afvalwater stroomt - net als bij traditionele pompsystemen - onder vrij verval naar een opvangput,
maar in dit geval is de put van een bijzondere constructie.
Het medium stroomt via een grote opening aan de onderzijde naar een lager gelegen compartiment. Deze instroomopening
is voorzien van een klep die kan drijven. Onder
n o rmale omstandigheden hangt deze klep door zijn
gewicht naar beneden en staat de instroomopening open.
Wanneer nu het vloeistofniveau in het onderste compartiment stijgt, dan zal de klep op een gegeven moment gaan
drijven en de opening afsluiten. Wanneer daarna het niveau
in het bovencompartiment is gestegen tot een bepaald
niveau, dan zorgt een meetsensor er voor dat er door de
besturing een hoeveelheid perslucht in het onderste compartiment wordt geblazen. Hierdoor wordt de inhoud hiervan
naar het hoofdriool weggeperst. Is de druk in het
onderste compartiment weer tot nagenoeg atmosferisch
gedaald, dan gaat de klep weer open en kan de cyclus zich
herhalen. De compressor en de klep tussen het onder- en
bovencompartiment zijn dus de enige bewegende delen
van dit systeem, waarbij alleen de klep in aanraking komt
met het verontreinigde medium.
^ Top
2.2 Uitvulinstallatie met lucht/stikstofgevulde reservoirs
Vooral bij het verpompen van kleine hoeveelheden vloeistof
is het moeilijk om dit direct met een pomp te doen. Een
pomp moet meestal voor elke aparte hoeveelheid vloeistof
opgestart worden met alle aanloop- en uitloopnauwkeurigheid van dien. Het vaak starten en stoppen van een elektromotor
kost veel energie en is bovendien zeer ongunstig
voor de levensduur.
Daarom zijn er systemen leverbaar waarbij de vloeistof in
een vat gedaan wordt dat drukbestendig is en met een
deksel geheel afgesloten kan worden. Vervolgens wordt dit
vat met behulp van perslucht of een ander gas onder druk
gebracht en kan de dosering geregeld worden met een
open/dicht-ventiel. Dit ventiel kan eventueel worden
bediend met de hand of de voet, maar kan ook volledig
automatisch geregeld zijn. Door een grotere of kleinere uit-
vulnaald te kiezen is de doorstroomhoeveelheid bij een
bepaald drukverschil nauwkeurig in te stellen. De vloeistof
is altijd onder een bepaalde vast instelbare constante druk
beschikbaar. Daardoor is met tijdbesturing doorgaans een
hoge herhalingsnauwkeurigheid te bereiken. In plaats van
lucht kan natuurlijk ook een ander gas gebruikt worden, bijvoorbeeld stikstof. Hierdoor wordt het mogelijk ook vloeistoffen
te verwerken die reageren onder inwerking van
lucht zoals lijmen en lakken. Is het vat eenmaal leeg, dan
moet dit drukvrij gemaakt worden en vervangen door een
vol reservoir.
^ Top
Figuur 3 - Uitvulinstallatie gebruikmakend van perslucht (foto: Almond Techniek)
2.3 Hydrofoorinstallatie
Een variant op de boven omschreven opstelling is de hydrofoorinstallatie, die bedoeld is voor systemen waar
steeds geringe hoeveelheden vloeistof moeten worden getapt. Drinkwatersystemen worden vaak uitgevoerd als
hydrofoorinstallatie om te voorkomen dat de pomp voor elk kopje water dat getapt wordt moet starten. Tevens wordt
voorkomen dat de pomp blijft draaien zonder doorstroming door de pomp
(dooddraaien, zie het artikel
Beveiligingen voor pompen ).
Figuur 4 - Principeschema van een hydrofoorinstallatie
Bij de hydrofoorinstallatie wordt gebruik gemaakt van een
luchtkussen onder druk. Wordt er bij één van de tappunten
water afgenomen, dan daalt het vloeistofniveau en zal het
luchtkussen expanderen. De druk neemt daardoor iets af.
Wanneer het niveau zover gedaald is dat de inschakeldruk
wordt bereikt, dan zal de pressostaat de pomp inschake-
len. Er wordt nu tegen de systeemdruk in vloeistof naar de
ketel gepompt, het vloeistofniveau stijgt en de lucht van het
luchtkussen wordt weer gecomprimeerd. Wanneer de uitschakeldruk bereikt is, dan wordt de pomp gestopt en is
het systeem weer gereed voor de volgende cyclus. De
terugslagklep voorkomt dat de vloeistof terugstroomt wanneer de pomp stil staat.
De in- en uitschakeldrukken en de ketelinhoud zijn bepalend voor de buffercapaciteit. Deze bufferhoeveelheid kan
afgenomen worden zonder dat de pomp ingeschakeld
hoeft te worden en wordt wanneer de pomp eenmaal ingeschakeld is in zijn geheel gesuppleerd. De buffercapaciteit
is dus bij een bepaalde gemiddelde afname bepalend voor
het aantal inschakelingen per tijdseenheid en moet in overeenstemming met de aangesloten tapinstallatie worden
gekozen.
2.4 Doseerinstallatie met spuitenpompen
Spuitenpompen (ook wel syringe-pompen genoemd) zijn
gebaseerd op vloeistof in een koker of spuitreservoir, waarin een zuiger of plunjer deze vloeistof geleidelijk uit deze
houder voor zich uit drukt. Het spuitreservoir is gevuld met de te verpompen vloeistof, aan de bovenzijde afgesloten
met een zuigertje en wordt in zijn geheel in de spuitenpomp geplaatst. Vervolgens wordt de uitstroomopening van het
spuitreservoir aangesloten op het pompsysteem en indien nodig ontlucht.
Figuur 5 - Spuitenpomp (syringe-pomp, foto: Antec Leyden)
De spuitenpomp kan nu worden gestart en nu zal het zui-
gertje met een grote overbrengingsvertraging voortbewogen worden wanneer de pompmotor draait. Doorgaans is
dit een stappenmotor die volgens een geheel geautomatiseerd programma steeds in kleine stapjes verder draait.
Hierdoor is de nauwkeurigheid zeer goed instelbaar. Is het reservoir leeg dan moet dit vervangen worden door een vol exemplaar.
Vaak is het mogelijk de reservoirs zelf te vullen, maar ze
worden doorgaans door de producent gevuld voor eenmalig gebruik. De vloeistof kan dan geheel gebruiksklaar en
indien nodig zelfs onder steriele omstandigheden aangeleverd worden. Dit is ideaal voor medische toepassingen of onderzoeksdoeleinden.
Met behulp van reservoirs is het ook mogelijk om zeer nauwkeurig te doseren met de hand. Deze methode wordt
in allerlei productieprocessen vaak toegepast voor bijvoorbeeld het aanbrengen van kleine druppeltjes lijm. Dit is veel
nauwkeuriger dan de ook vaak toegepaste methode met een knijpfles of knijptube.
Figuur 6a en b - Nauwkeurig doseren met de hand (foto: WEBenelux)
^ Top
