EFFICIËNTE POMP ZORGT VOOR RENDEMENT EN REINIGBAARHEID

Beschadigingsvrij en efficiënt verpompen met centrifugaalpomp

Vandaag is er bij het verpompen van product in de voedingsindustrie een tendens naar grotere uitvoeringen, meer te verpompen volume en minder productbeschadiging. Pompen voor voedingstransport moeten natuurlijk steeds optimaal reinigbaar zijn, maar ook het rendement moet zo hoog mogelijk liggen. Daarbij speelt een waaier aan factoren die wij in dit artikel voor u uitklaren.

PRODUCT EN CENTRIFUGAALPOMP

Het verpompen van alimentaire goederen is sterk afhankelijk van het product dat getransporteerd moet worden. De bepalende waarde is daarbij de dynamische viscositeit, uitgedrukt in poise (P). Tot grosso modo 100 cP (centipoise) wordt het gebruik van een centrifugaalpomp aanbevolen. Voor het verpompen van product dat een hogere viscositeit kent, zal men eerder opteren voor een lobbenpomp of een wormpomp. Dit vanwege energie-efficiëntie en het vermijden van productschade.

Tot grosso modo 100 cP (centipoise) wordt het gebruik van een centrifugaalpomp aanbevolen. Voor het verpompen van product dat een hogere viscositeit kent, zal men eerder opteren voor een lobbenpomp of een wormpomp.

WERKING CENTRIFUGAALPOMP

Waar verdringerpompen (zoals de lobbenpomp en de wormpomp) gebruikmaken van een rotorprincipe, passen centrifugaalpompen centrifugaal- of middelpuntvliedende krachten toe. Het basisprincipe bestaat uit een waaier die ronddraait in een pomphuis, waarop zuigleiding en persleiding zijn aangesloten. De draaiende waaier (met schoepen) geeft de vloeistof een tangentiële snelheid. Daarbij treedt een middelpuntvliedende kracht op die de vloeistof naar de buitenomtrek van de waaier drukt.

REINIGBAARHEID

Een conditio sine qua non voor voedingspompen is de reinigbaarheid. Deze hangt voor een groot deel ook samen met de efficiëntie van de pomp (zie verder). Het EHEDG label waarborgt daarbij de perfecte reinigbaarheid van de pomp (zie kaderstuk).

RENDEMENT

Om het rendement te optimaliseren van een pomp, moet een hele resem factoren in rekening gebracht worden. Wij halen hieronder de voornaamste aan. Zij bepalen in grote mate ook de energie-efficiëntie die niet enkel belangrijk is voor de productiekost, maar ook voor het 'groene' imago (CO2-uitstoot). Vast staat dat energie een heel groot deel uitmaakt van de Total Cost of Ownership (TCO) van een pomp.

Ontwerp

Reinigbaarheid en rendement gaan hand in hand wanneer het gaat om het bereiken van een optimale flow. Beiden worden verbeterd wanneer het aantal dode zones wordt beperkt, m.a.w. als er in zo veel mogelijk zones voldoende snelheid gehaald kan worden. De ene fabrikant zal het reinigingsproces proberen goed uit te voeren door een grotere speling te laten tussen waaier en achterwand voor de circulatie van de CIP-vloeistof; anderen opteren voor een minimale speling (hogere efficiëntie). Om bij die laatste voldoende te reinigen, kiest men voor een halfopen waaier met 'balancing' holes voor de reiniging (zie verder).

De ene fabrikant zal het reinigingsproces proberen goed uit te voeren door een grotere speling te laten tussen waaier en achterwand voor de circulatie van de CIP-vloeistof; anderen opteren voor een minimale speling (hogere efficiëntie).

Dimensionering

Bij het dimensioneren van pompen is 'Net Positive Suction Head' (NPSH) een zeer belangrijke parameter. Die bestaat uit twee zaken:

• ·0 NPSHA: de beschikbare voordruk (available);
• ·1 NPSHR: de vereiste voordruk (required).

Om cavitatie (het ontstaan van schadelijke dampbelletjes) te vermijden, moet de beschikbare NPSH van het systeem de vereiste voordruk van de pomp overstijgen.

De NPSHR kan laag gehouden worden door een optimale waaiergeometrie (zie verder) en een zo kort mogelijke aanvoerleiding tot de pomp met zo weinig mogelijk obstructies (drukvallen). NPSHA wordt dan weer beïnvloed langs positieve kant door de minimale hoogte van de vloeistof voor de pomp en de vraag of de tank al dan niet atmosferisch is; langs negatieve kant tellen de dampspanning (temperatuursafhankelijk) en de drukval over het leidingwerk voor de pomp.

Oppervlakteruwheid

Bij pompen geldt het adagium 'hoe minder ruwheid, hoe beter te reinigen'. De standaardoppervlakteruwheid voor de voedingsindustrie ligt op 0,8 µ. Door het elektrolytisch polijsten (applicatie van een verhoogde chroomoxidelaag) kan er naar 0,5 à 0,4 µ gegaan worden, hoewel deze waarden eerder typisch zijn voor de nog meer veeleisende farmaceutische industrie. Zaken zoals een pomphuis uit één stuk (zonder lassen) of vervaardigd uit koudgewalst roestvast staal (rvs) dragen bij tot het bevorderen van de gladheid.

'hoe minder ruwheid, hoe beter te reinigen'

Asafdichting

Een asafdichting bestaat uit een statisch deel en een roterend deel dat draait op het loopvlak. Een veer drukt het roterende deel op het vaste stuk om zo vloeistofverlies te vermijden. Deze veer bevindt zich meestal in de ruimte waar ze in contact komt met het te verpompen product, maar ook een externe veer is mogelijk. Deze komt niet in aanraking met het product en is dus hygiënischer. Een gebalanceerde asafdichting compenseert de oplopende vloeistofdruk.

Dichtingen

Algemeen geldt: hoe minder afdichtingen contact maken met het product, hoe beter (hygiënischer). Hierbij is gedefinieerde compressie belangrijk. Deze zorgt niet enkel voor een langere levensduur van de dichtingen, maar ook voor een maximaal aandraaipunt waarop de belasting en de dichting optimaal zijn. Zo wordt contact van de dichting met de procesvloeistof tot een minimum beperkt en kan er een vacuüm ontstaan.

Waaier

De waaier is de roterende component van een centrifugaalpomp die de energie van de motor overbrengt naar het te verpompen medium. De waaier geeft het medium een centrifugale (middelpuntvliedende) kracht. Zoals eerder vermeld, kan een optimale waaiergeometrie bijdragen tot een verlaagde NPSHR. Bijbehorend bij de waaier is het vraagstuk of er een waaiermoer geplaatst moet worden. De optie zonder waaiermoer is hygiënischer, maar met waaiermoer is het veiliger. Bij een opstart kan namelijk - wanneer de handleiding niet goed gevolgd wordt - de draairichting van de motor tegengesteld zijn aan die van de waaier, waardoor deze losschiet.

De optie zonder waaiermoer is hygiënischer, maar met waaiermoer is het veiliger.

Connectie

Ook de connectie van de pomp op de motor kan een rol spelen. Vaak gaat dit om een spieverbinding: een spie zit in de uitsparing in de as en naaf, en brengt de rotatiebeweging een op een over op de waaier. Er bestaan ook bepaalde pompen die gebruikmaken van een klemconstructie met bouten, waardoor de balans verbetert, de slijtage vermindert en kleinere toleranties in de pomp mogelijk zijn.

PRODUCTVRIENDELIJKHEID

Consumenten zijn - zeker in crisistijden - kritischer dan ooit. Dus moeten voedingsbedrijven en hun leveranciers feilloze eindproducten afleveren. Productbeschadigingen (aan de textuur van het voedsel) bij het verpompen moeten dus zo veel mogelijk vermeden worden. Die beschadigingen treden op wanneer er botsingen of wrijvingen plaatsvinden tijdens het verpompproces.

Toerentallen

De heersende mythe wil dat hogere toerentallen voor meer productbeschadiging zorgen. Niets is echter minder waar. Voor productbeschadiging is er namelijk energie nodig. Uit testen aan drie verschillende snelheden (zie grafiek) bleek dat er bij de lagere snelheden meer energie ontstond waarmee het product beschadigd kon worden. Een beter rendement werd gehaald met de hogere toerentallen.

Best efficiency point

Een belangrijk gegeven is hierbij het Best Efficiency Point (BEP, zie grafiek). Op dit punt worden de opvoerhoogte en het debiet aangeduid waarop de pomp het meest efficiënt werkt. Het BEP is evenwel steeds een theoretisch resultaat dat men in de praktijk niet altijd kan halen, maar waarnaar men sowieso moet streven. Het kan dus zijn dat, om een hoger debiet te bereiken (en zo dichter bij het BEP te komen), de pomp hogere toerentallen moet draaien. Dit heeft als voordeel dat een kleinere pomp - met frequentieregelaar of variable frequency drive (VFD, zie tabel) - ingezet kan worden, die bij aankoop voordeliger is.

In de VS - waar men standaard tegen 3.600 rpm (60 Hz) pompt (in vergelijking met de standaard 3.000 rpm (50 Hz) in Europa) - is het gebruik van hogere toerentallen dagelijkse praktijk

 

EHEDG

De European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) is een consortium van machinebouwers, voedingsmiddelenproducenten, onderzoeksinstituten en volksgezondheidsautoriteiten. Het werd in 1989 opgericht met het doel de hygiëne te bevorderen tijdens de productie en verpakking van voedingsmiddelen. Het voornaamste doel van EHEDG is het bevorderen van veilig voedsel door het verbeteren van de hygiënische engineering en ontwerp in alle aspecten van de voedingsmiddelenproductie.