Centrifugaalpompen
03:38
23-08-2017

Frequentiesturing op pompen dringt energieverlies terug

Centrifugaalpompen hebben er al vele dienstjaren opzitten in de industrie. Het vormt één van de meest toege­paste pompprincipes. Toch zijn ze verre van ‘uitontwikkeld’. Met de komst van een geïntegreerde frequentie­sturing werd de voorbije jaren al de stap gezet naar een meer energiezuinige werking. Door nu de focus te
verleggen naar het geheel van de componenten die een pompsysteem uitmaken is er voor eindgebruikers nog meer kostenbesparing te rapen.   

Centrifugaalpompen werken op basis van, het woord zegt het al, centrifugaalkrachten. In zijn meest eenvoudige uitvoering bestaat een centrifugaalpomp dus louter uit een pomphuis met een waaier die de vloeistof laat ronddraaien. De middelpuntvliedende kracht duwt de vloeistof naar de buitenomtrek van de waaier. Ze zet mechanische energie (de rotatie van de waaier) om in potentiële energie (opvoerdruk) en kinetische energie (snelheid). De bedoeling is de druk zo hoog mogelijk en de snelheid zo laag mogelijk te houden, al varieert dat uiteraard in functie van wat u als gebruiker wil en de specifieke toepassing. Centrifugaalpompen bestaan vandaag in meerdere vormen en uitvoeringen. De grootste scheidingslijn is of het een enkeltraps of meertraps model omvat. Bij een meertraps centrifugaalpompen zullen er meerdere waaiers aanwezig zijn, waarbij de breedte van elke waaier zijn impact zal hebben op het debiet en het aantal waaiers op de druk. Hoe groter de waaier, hoe hoger de omtreksnelheid en de druk. Daarnaast kan men nog kiezen tussen gesloten of open waaiers (in functie van het debiet of vuildoorlaat dat men wil), een horizontale of een verticale uitvoering (in functie van de aanwezige leidingen), een schroefcentrifugaal, zelfaanzuigend of niet. De toepassing zal telkens dicteren wat de beste oplossing is. De fabrikanten van pompen kunnen u hierin uitstekend adviseren. Misschien wel de meest bekende invulling van centrifugaalpompen zijn de zogenaamde circulatiepompen die veelvuldig toepassing vinden in sanitaire installaties. Zij zorgen voor de lekvrije circulatie van het water in centrale verwarmingssystemen.

Centrifugaalpompen
De centrifugaalpompen van Verder kennen een wijde verspreiding binnen de voedings- en farmaceutische industrie. 

Belang van dimensionering
Om te weten welke pomp u precies nodig heeft in uw toepassing, speelt één criterium een bijzonder belangrijke rol: het werkingspunt. Elke pomp werkt volgens zijn eigen curve die aangeeft hoe het debiet en de opvoerhoogte zich ten opzichte van elkaar verhouden. Daarnaast heeft ook het systeem zijn eigen systeemcurve: dat vertelt iets over de leidingweerstand, de tegendruk die het systeem ondervindt. Op het kruispunt van de pompcurve en de systeemcurve bevindt zich het werkingspunt. Waak er steeds over dat u een pomp selecteert die bij het gewenste werkpunt het best mogelijke rendement heeft voor uw specifieke toepassing. Dat zal immers uw energiekost bepalen, maar ook invloed hebben op de berouwbaarheid van de pomp. Het belang van een juiste dimen­sionering kan dan ook niet overschat worden. Op tien jaar tijd zal de energiekost 85% uitmaken van de totale kostprijs van uw pomp. De initiële investering bedraagt over die periode slechts 8%, onderhoudskosten vullen de overige 7% in. Door vanaf dag één een pomp te hebben die perfect op de leest van uw toepassing geschoeid is zal u dus de beterkoop gedaan hebben. Bij de dimensionering moet men echter ook rekening houden met de ‘worst case scenario’. In de praktijk betekent dit dat pompen vaak overgedimensioneerd zijn voor het gros van hun dagelijkse werkzaamheden. Via een smoorklepregeling bouwde men dan in het verleden een manier in om ‘op de rem te staan’ en het werkingspunt te verschuiven. Dit brengt eigenlijk alleen energievernietiging met zich mee. Een beter alternatief is dan de integratie van frequentiesturing in uw pomp om het werkpunt voortdurend te verschuiven in functie van de gegeven omstandigheden.

Centrifugaalpompen
Centrifugaalpompen bestaan vandaag in meerdere vormen en uitvoeringen.

Voordelen van frequentiesturing
Een frequentiesturing zal het toerental van de pomp regelen en dus de snelheid waarmee de waaiers ronddraaien. De elektronica doet dit door te snijden in de 50 Hz sinus. Hiermee kan de pomp vanuit de PLC geregeld worden op debiet, op peil of op druk. Sensoren zorgen voor de nodige informatie over de druk, de temperatuur, het verschil in temperatuur en druk op een bepaald punt … waarmee de frequentiesturing aan de slag kan om de juiste beslissing te maken. Dit zal zijn impact hebben op het debiet, de opvoerhoogte en het opgenomen vermogen. Door het toerental met 10% te verminderen kan, afhankelijk van de systeemcurve, het debiet ook met 10% verminderd worden terwijl de opvoerhoogte met 19% vermindert en het opgenomen vermogen zelfs met 27%. Voor een optimale toerentalregeling kunt u het beste een pomp selecteren met een steile pompcurve, waardoor ze stabieler in het werkpunt komt te draaien. Deze techniek is niet aan zijn proefstuk toe. Hij vindt nu al volop toepassing bij pompen met grote vermogens of met sterk variërende drukken. Daar zijn de mogelijke energiebe­sparingen immens. Daarenboven zal een frequentie­sturing zorgen voor een zachtere aanloop van de pomp bij het opstarten. Het zal ook het comfort verhogen want de constantere druk zal het aantal geproduceerde decibels terugdringen, net als de slijtage. Vooral in lange persleidingsystemen kan het ook een extra beveiliging bieden tegen waterslag. Fabrikanten kunnen voor u berekenen in functie van het belastingspatroon van uw pomp hoeveel dit u kan opleveren aan energiewinst en hoe snel deze meerprijs zich terugverdient. Dit zal vooral afhangen van de zwaarte van de pomp en het vermogen van de motor.

Centrifugaalpompen
Een frequentiesturing zal het toerental van de pomp regelen en dus de snelheid waarmee de waaiers ronddraaien, voorbeeld van frequentiesturing op pomp van Bedu.

Feilloze afstemming van geheel nodig
Frequentiesturing vraagt wel om een feilloze afstemming van alle componenten in een pompsysteem om de meeste energiewinst te halen. Het begint met de juiste pompkeuze in combinatie met het juiste design van het zuig- en persleidingsysteem. En uiteraard een zuinige motor. De nieuwe permanentmagneetmotoren worden in de meeste gevallen aangestuurd door een speciale frequentie­regelaar. Maar ook alle andere componenten (instroom, appendages, uitstroom …) moeten dan feilloos gemodelleerd worden bij een vervanging. De kennis in de breedte is dus een belangrijk gegeven. Zeker met de evolutie naar Industrie 4.0. Fabrikanten zijn immers klaar om ook de volgende stap te zetten naar intelligentie en communicatie. Dit zal van pompen en hun periferie volledig autonome systemen maken die altijd aan het meest efficiënte werkingspunt opereren. Met de verbinding naar bovenliggende netwerken en de cloud is dan zelfs de realtime controle en inregeling een feit. Hiermee kan men ook de stap zetten naar preventief en voorspellend correctief onderhoud.

Tekst Valérie Couplez  |  Beeld Bedu, Egger, Grundfos en Verder
Uitgelichte foto boven: 
Frequentiesturing vraagt wel om een feilloze afstemming van alle componenten in een pompsysteem om de meeste energiewinst te halen.

Industrial Automation partners

SysteemhandboekPompen