De juiste materiaalkeuze voor de leidingen van vloeistofpompen
De slangen en leidingen in hydraulische systemen kunnen een aanzienlijke invloed hebben op de prestaties van een pomp.
Bij de hydraulische aansluiting van een vloeistofmembraanpomp in een systeem moeten technici een keuze maken uit een breed scala aan materialen voor de leidingen aan zowel de aanzuig- als de perszijde. Het selecteren van het juiste materiaal blijkt in de praktijk vaak complexer dan het op het eerste gezicht lijkt. Inzicht in de belangrijkste positieve en negatieve invloeden die leidingmaterialen kunnen hebben op het pompsysteem, én weten hoe deze effecten kunnen worden vermeden of juist doelgericht benut is daarom van groot belang.
Een overweldigende keuze aan materialen voor de leidingen
Bij het ontwerpen van een vloeistofsysteem moeten tal van factoren in aanmerking worden genomen, waaronder het vereiste debiet, de benodigde druk en de eigenschappen van het medium. Een minder opvallend, maar niet minder belangrijk aspect is de materiaalkeuze voor de leidingen en slangen die in het systeem worden gebruikt. Starre leidingen kunnen worden vervaardigd uit verschillende metalen en metaallegeringen, zoals roestvast staal of koper, maar ook uit diverse polymeren zoals polyvinylchloride (PVC), polypropyleen (PP) of acryl. Flexibele slangen worden doorgaans gemaakt van polymeren zoals polyethyleen (PE), polytetrafluorethyleen (PTFE) of siliconen. Deze materialen verschillen aanzienlijk in zowel hun chemische als fysische eigenschappen.
Chemische compatibiliteit van pompleidingen waarborgen
Een van de belangrijkste criteria bij de keuze van het materiaal voor pompleidingen is de chemische compatibiliteit. Hiervoor is een gedegen kennis van het te verpompen medium noodzakelijk, inclusief mogelijke schommelingen in samenstelling of kwaliteit. Daarnaast speelt de temperatuur van het medium een belangrijke rol omdat bepaalde polymeren aangetast kunnen worden door hoge temperaturen. Aan de hand van deze informatie kunnen technici een tabel met de chemische compatibiliteit raadplegen om een selectie te maken van materialen die bestand zijn tegen het betreffende medium.
Waarom de materiaalkeuze van pompleidingen cruciaal is bij verdringerpompen
Nadat op basis van chemische compatibiliteit een eerste materiaalkeuze is gemaakt, kunnen verdere afwegingen worden gemaakt. Daarbij moeten zowel de fysische eigenschappen van het materiaal als de karakteristieken van de pomp in aanmerking worden genomen. Dit is met name van belang bij het gebruik van verdringerpompen, zoals conventionele membraan-, peristaltische of zuigerpompen, aangezien deze pompen pulsaties genereren die een belangrijke rol spelen in de prestaties van het volledige vloeistofsysteem. KNF Smooth Flow pompen vormen hierop een uitzondering. Hoewel dit ook verdringerpompen zijn, is de pulsatie zo gering dat dit in deze context verwaarloosbaar is.
Fysische eigenschappen van pompleidingen
Afhankelijk van het gekozen materiaal kunnen pompleidingen sterk uiteenlopende fysische eigenschappen hebben. Een relevant aspect is de ruwheid van het oppervlak: hoe gladder het oppervlak, hoe lager de wrijvingsweerstand tijdens het verpompen van het medium. Dit is vooral van belang bij hoge stroomsnelheden. Een nog kritischer eigenschap is de elasticiteit van de pompleiding, die met name wordt bepaald door de wanddikte en de materiaalsamenstelling. In combinatie met pomppulsaties kan deze elasticiteit een zogenaamd capaciteitseffect veroorzaken, dat een aanzienlijke invloed kan hebben op zowel de pompprestaties als de prestaties van het gehele hydraulische systeem.
De fysische eigenschappen van pompleidingen zijn minder kritisch bij gasapplicaties dan bij vloeistoftoepassingen. In tegenstelling tot vloeistoffen zijn gassen samendrukbaar, waardoor pomppulsaties hier minder problematisch zijn. De pulsatie wordt gedempt doordat het gas zelf als een soort veer fungeert en de drukschokken niet abrupt worden doorgegeven.
Begrip van het capaciteitseffect van pompleidingen
Omdat pompleidingen tot op zekere hoogte elastisch zijn, gedragen zij zich bij pulsaties vergelijkbaar met een veer. Tijdens de persslag van de pomp neemt de druk in de persleiding toe, waardoor de leiding uitzet en tijdelijk meer vloeistof bevat. Wanneer de pomp vervolgens de aanzuigslag uitvoert, daalt de druk in de persleiding en krimpt het materiaal evenredig, waarbij vloeistof weer wordt uitgestoten. Deze wisselwerking kan leiden tot harmonische effecten die de prestaties van zowel de pomp als het volledige hydraulische systeem kunnen verbeteren of juist verslechteren.
De twee onderstaande video’s tonen een simulatie van dit resonantieverschijnsel. De opstelling bestaat uit een zuiger aan de linkerzijde die de pulsatie simuleert en een PVC-P slang met een inwendige diameter van 4 mm, een wanddikte van 1 mm en een lengte van 1,5 m. De slang is aan de rechterzijde aangesloten op een reservoir. In video 1 draait de zuiger met 1200 omwentelingen per minuut (rpm), en in video 2 met een toerental van 2700 rpm. Dit verschil in toerental is het enige onderscheid tussen beide opstellingen, maar heeft een aanzienlijke invloed op de drukverhoudingen in de slang. In beide situaties genereert de zuiger per slag dezelfde volumestroom. De druk in de slang verschilt echter aanzienlijk. Bij een toerental van 1200 rpm genereert de langzamer bewegende zuiger ongeveer twee keer zoveel druk in de persleiding. Dit aanzienlijke drukverschil is het gevolg van het capaciteitseffect van de slang.
Hoe harmonische problemen in pompslangen kunnen worden opgelost
Wanneer er door pomppulsaties in combinatie met de slangen harmonische problemen ontstaan, zijn er verschillende benaderingen om deze effecten te verminderen. Een mogelijkheid is experimenteren met verschillende slanglengtes, diameters, wanddiktes en materialen. Zachtere materialen kunnen helpen om pulsatie-effecten te dempen. Vanwege de complexiteit van de onderlinge interacties is deze aanpak echter moeilijk voorspelbaar en nauwelijks te plannen. In de praktijk blijft eenvoudig uitproberen in veel gevallen de enige manier om een effectieve oplossing te vinden. Factoren zoals het slangmateriaal, de lengte van de slang en de temperatuur van het medium kunnen de systeemprestaties op onvoorspelbare manieren beïnvloeden.
Een meer betrouwbare oplossing is het aanbrengen van externe dempers aan de aanzuig- en perszijde van de pomp. Hoewel deze methode effectief is, vergroot het de afmetingen en de complexiteit van het systeem en worden er aanvullende potentiële risico’s op storingen en lekkage geïntroduceerd.
Een superieur en uiterst betrouwbaar alternatief is het gebruik van KNF Smooth Flow technologie. Deze pompen combineren de voordelen van membraanpomptechnologie met een sterk gereduceerde pulsatie. Dit wordt gerealiseerd door geavanceerde interne dempers of door het parallel inzetten van maximaal vijf membranen met faseverschuiving, waardoor afzonderlijke pulsatiepieken effectief worden afgevlakt. Met dit geavanceerde en unieke ontwerp biedt KNF een ideale oplossing voor toepassingen waarin harmonische problemen in pompleidingen kunnen optreden.
