Pojęcia cieczy gęstej i lepkiej są często mylone. Większość osób, porównując np. śmietanę i mleko, stwierdzi, że śmietana jest bardziej gęsta. Skoro jednak śmietana unosi się na powierzchni mleka, jej gęstość na pewno jest mniejsza.
Gęstość cieczy stosunkowo łatwo zmierzyć, ważąc próbkę o znanej objętości. Badanie lepkości wymaga zastosowania drogich urządzeń – wiskozymetrów. Dodatkowo ciecz może zmieniać swoją lepkość w zależności od temperatury (np. czekolada z lodówki i o temperaturze 70oC), prędkości ścinania (farba olejna stojąca w beczce i po chwilowym jej mieszaniu) i innych czynników.
Nie należy mylić gęstości i lepkości. Lepkość cieczy jest podstawą wszelkich obliczeń hydraulicznych i jej znajomość jest niezbędna dla prawidłowego doboru pompy. Ponieważ rzadko który użytkownik jest w stanie określić ten parametr, firmy inżynieryjne korzystają ze swojego doświadczenia. W rozmowach z klientem najczęściej używa się określeń „ciecz leje się jak ciepły miód” lub „medium wygląda jak jogurt”.
Brak konkretnej informacji powoduje, że osoba dobierająca pompę musi ją przewymiarować „na wszelki wypadek”. Oczywiście powoduje to zwiększenie kosztu zakupu.
Nie chcąc zagłębiać się we wszystkie detale techniczne wymagane dla prawidłowego doboru pompy (co może stanowić treść innego artykułu), przedstawiamy kilka pomp o różnych zasadach działania i ich zalety.
Pompy dwumembranowe napędzane sprężonym powietrzem
Zalety:
-
mogą pracować na sucho,
-
są samozasysające na sucho,
-
nie ulegają uszkodzeniu przy pracy na zamknięty zawór tłoczny,
-
mogą pracować w zanurzeniu,
-
bardzo łatwa regulacja wydajności (zaworem na linii doprowadzającej powietrze lub zaworem na tłoczeniu),
-
mogą tłoczyć ciecze zanieczyszczone ciałami stałymi,
-
bardzo rozsądna cena (klient płaci za samą pompę – bez kosztów silnika i przekładni),
-
z uwagi na napęd pneumatyczny są idealne wszędzie tam, gdzie istnieje zagrożenie wybuchem (nie trzeba stosować specjalnego silnika w wersji przeciwwybuchowej), wykonane z szerokiej gamy materiałów.
Ograniczenia stosowania:
-
znaczny spadek wydajności przy wzroście lepkości cieczy (np. dla cieczy 10 000 mPa·s wydajność jest około 65% mniejsza od nominalnej),
-
ograniczone maksymalne ciśnienie,
-
elementy eksploatacyjne: membrany, kule i gniazda zaworów,
-
wymagają zamontowania instalacji sprężonego powietrza,
-
pulsacyjne podawanie medium.
Typowe aplikacje:
-
przemysł farb i lakierów,
-
podawanie osadów na prasy filtracyjne,
-
transport chemikaliów.
Pompy krzywkowe (kłykciowe)
Najczęściej spotykane w zakładach spożywczych do tłoczenia cieczy typu jogurty, kefiry, przeciery, pulpy owocowe, miody, lody, musztardy, ketchupy, itp.
Zalety:
-
w pełni sanitarne (polerowana na lustro stal nierdzewna),
-
mają certyfikat farmaceutyczny 3-A,
-
bardzo łatwe do mycia bez zdejmowania z instalacji,
Ograniczenia stosowania:
-
powinny pracować w warunkach napływu,
-
mają dwa uszczelnienia mechaniczne,
-
w wykonaniach standardowych dosyć wrażliwe na ścierne ciała stałe, znajdujące się w medium.
Typowe aplikacje:
-
przemysł spożywczy,
-
przemysł kosmetyczny.
Pompy jednośrubowe
Zalety:
-
duża zdolność ssania (po zalaniu),
-
duża dokładność przy zastosowaniu pompy jako urządzenia dozującego,
-
możliwość tłoczenia cieczy zawierających ciała stałe,
-
pompy czterostopniowe mogą osiągać ciśnienia rzędu 24 bar,
-
w specjalnych układach mogą tłoczyć ciecze o lepkościach rzędu kilku milionów mPa·s.
Ograniczenia stosowania:
-
nie mogą pracować na sucho,
-
stator jest elementem eksploatacyjnym,
-
nie mogą pracować na zbyt duże przeciwciśnienie.
Typowe aplikacje:
-
przemysł spożywczy,
-
tłoczenie szlamów,
-
opróżnianie beczek.
Pompy zębate
Najczęściej stosowane do cieczy samosmarnych, jak np. benzyny, oleje, żywice, smoła, poliolefiny, smary, asfalt, bitumen.
Są to pompy do ciężkiej, przemysłowej pracy, ale nie powinny być stosowane do tłoczenia cieczy zawierających ciała stałe.
Ten typ pomp nie został należycie doceniony w naszym kraju.
Pompy z oscylującym tłokiem
Zalety:
-
jedyne prawdziwie spożywcze pompy samozasysające na sucho,
-
po zakończeniu tłoczenia mogą także opróżnić rurociąg z resztek medium,
-
stała wydajność przy wahaniach lepkości medium,
-
z uwagi na konstrukcję charakteryzują się brakiem uszczelnienia (brak konieczności dodatkowej obsługi i wymiany elementów uszczelnienia).
Wady:
-
ze względu na ograniczenia patentowe istnieje tylko trzech producentów tego typu urządzeń na świecie, co wiąże się z dość wysokim kosztem.
Typowa aplikacja: zbiornik z medium lepkim (np. pasztet, pulpa owocowa). Wąż ssawny pompy (pusty) wkłada się od góry do zbiornika i uruchamia pompę. Nie ma konieczności zalewania pompy.
Pompy perystaltyczne (jelitkowe)
Zalety:
-
tłoczona ciecz ma styk wyłącznie z wężem,
-
są to pompy samozasysające na sucho,
-
do obsługi wymagają jedynie wymiany węża,
-
mogą tłoczyć ciecze z ciałami stałymi,
-
idealne wszędzie tam, gdzie jedna pompa musi tłoczyć różne media (np. w ciągu jednej zmiany produkt spożywczy, kwasy, zasady) – zmiana cieczy wymaga jedynie zmiany węża,
-
brak konieczności stosowania zaworów i uszczelnień.
Ograniczenia stosowania:
-
nie mogą pracować na zbyt duże przeciwciśnienie,
-
w związku ze zużywaniem się węża roboczego pompa traci zdolność ssania i tłoczenia, co wiąże się z koniecznością wymiany tego elementu eksploatacyjnego.
Pompy sinusoidalne
Zalety:
-
pompy w pełni sanitarne (polerowana stal nierdzewna),
-
są to pompy tłoczące najdelikatniej – nie naruszają w żaden sposób struktury pompowanego medium,
-
są znacznie wydajniejsze niż pompy krzywkowe o tych samych rozmiarach portów,
-
możliwość tłoczenia cieczy o bardzo dużej lepkości,
-
bardzo tanie w eksploatacji.
Wady:
-
z uwagi na ograniczenia patentowe jest tylko jeden producent, co niestety pociąga za sobą dość wysoki koszt inwestycyjny urządzenia.
Przykłady aplikacji: chłodny wosk, czekolada z całymi orzechami (nie niszczą orzechów), zsiadłe mleko z owocami (nie niszczą owoców, nie wstrząsają mleka), karmel, miazgi z rodzynkami (nie niszczą rodzynek, a więc nie ma zagrożenia powstania salmonelli), zagęszczony koncentrat pomarańczowy.
Powyższe zestawienie nie uwzględnia wszystkich pomp do cieczy lepkich, istnieje wiele innych (np. z gumowym wirnikiem, wielośrubowych, tłokowych), zaprezentowaliśmy jedynie te najpopularniejsze.
Oczywiście przy wyborze nie należy opierać się na powyższych zaletach i wadach pomp, a jedynie na dogłębnej analizie konkretnej aplikacji. Wiele pomp ma szereg innych ograniczeń, które obowiązują wyłącznie w specyficznych instalacjach. Można znaleźć kilka rozwiązań do danej aplikacji, a cena nie zawsze jest właściwym wyznacznikiem prawidłowego zakupu.
Jeżeli ktoś z Czytelników chciałby uzyskać więcej informacji o jakimkolwiek typie pompy, prosimy o kontakt: redakcja@utrzymanieruchu.pl.
Autor: mgr inż. Andrzej G. Baciński
