Samenvatting
Tijdens
de case moet er voor een huishoudelijk afwaterzuivering een recycling pomp gekozen worden. Om tot een keuze te
komen zijn er uitgangspunten vastgesteld:
1)
Transport afstand
65 meter.
2)
Er is geen niveau
verschil tussen de beluchtingstank en de 2e bezinktank wat overbrugd
moet worden.
3)
Het debiet moet
tussen de 90 en 250 m3/uur kunnen worden geregeld.
4)
De viscositeit
van het te verpompen materiaal komt overeen met schoon water van 10 Co.
Voor de berekeningen zijn er
aannames gemaakt:
Zuigzijde: Weerstand:
-
lengte leiding 2 meter
-
aantal bochten 2 ζ
= 0.3 pst
-
aantal afsluiters 1 ζ
= 0.6 pst
-
materiaal zuigleiding PVC (nieuw) k
= 0.01
-
diameter leiding (15 cm)
-
de pijpinstroom weerstand ζ
= 0.5
Perszijde:
Weerstand:
-
lengte leiding 63 meter
-
aantal bochten 1 ζ
= 0.3 pst
-
aantal afsluiters 1 ζ
= 0.6 pst
-
materiaal zuigleiding PVC (nieuw) k
= 0.01
-
diameter leiding (15 cm)
Uit deze gegevens kan men de
totale weerstand Pfric berekenen van de buis berekenen met de
bijbehorende mWK en NPSHreq. Uit deze gegevens kan men kijken welk
pomp het meest geschikt is. Om deze doelstelling te bereiken is er een
onderzoeksvraag opgesteld:
Welke pomp is het meest geschikt voor een
huishoudelijk afvalwaterzuivering?
Om antwoord te geven op deze
vraag worden er subvragen gesteld:
- Welke type pomp is het meest geschikt?
- Werkt de pomp bij het optimum?
- Wat is het energieverbruik en het vermogen?
Als pomp is de centrifugaal
pomp het meest geschikt. De pomp van het merk Waukesha uit de 200 serie wordt geadviseerd. Het type van het model
2105 met een impeller diameter van 10,5 inch. Deze pompen kunnen eventuele
verontreinigingen of kleine vaste deeltjes gemakkelijk verpompen zonder dat de
pomp hierdoor beschadigt. Het advies moet worden gelezen als de beste pomp uit
de beschikbare gegevens. De pomp voldoet aan de eisen maar het kan zijn dat er
betere pompen voorhanden zijn. Helaas is er weinig informatie over pompen te
vinden op het internet.
Het optimum van deze pomp
ligt rond de 150m3/h, bij 90 m3 ligt de efficiëntie rond
de 70% bij 250 m3 ligt deze rond de 75%. Het energieverbruik is
jaarlijks 6940 kWh met een vermogen van 25 Hp.Het leidingmateriaal is gemaakt
van PVC en heeft een lengte van 65 m en een diameter van 15 cm. Verder is er
rekening gehouden met de weerstand door het toepassen van totaal drie haakse
bochten en twee afsluiters. De twee afsluiters worden voor en na de pomp
geplaatst. Het debiet kan tussen de 90 m3/h en 250 m3/h
worden geregeld.
Inleiding
Het doel van deze case is dat
er een recycling pomp gekozen moet worden voor een huishoudelijk
afvalwaterzuivering. Om deze doelstelling te bereiken is er een onderzoeksvraag
opgesteld:
Welke pomp is het meest geschikt voor een
huishoudelijk afvalwaterzuivering?
Om antwoord te geven op deze
vraag worden er subvragen gesteld:
- Welke type pomp is het meest geschikt?
- Werkt de pomp bij het optimum?
- Wat is het energieverbruik en het vermogen?
In dit rapport wordt niet
alleen gekeken naar wat voor pomp er komt te staan maar ook onder andere de
diameter van de leidingen, materiaal van de leidingen, plaats van de
afsluiters. Dit wordt allemaal in het rapport uitgelegd.
In dit rapport komen de
volgende onderdelen aan bod:
- In hoofdstuk 1 wordt de achtergrondinformatie besproken. Hierin wordt de aanpak van het onderzoek behandeld.
- In hoofdstuk 2 staat uitgelegd voor welke type pomp gekozen wordt en waarom. Tevens wordt uitgelegd hoe groot de diameter van de leidingen moet zijn.
- De discussie wordt besproken in hoofdstuk 3.
- In hoofdstuk 4 komt de conclusie aan bod.
De literatuur en bijlagen
zijn bijgevoegd.
Inhoud
Literatuur
Bijlagen
1. Achtergrondinformatie
1.1 Inleiding
In dit hoofdstuk wordt in het
kort beschreven waarvoor de pomp ontwikkeld moet worden. De uitgangspunten
zoals debiet, viscositeit, lengte, vloeistof worden genoemd en daaruit kan men
het type pomp bepalen.
1.2 Zuivering
Voor een huishoudelijk
afvalwater zuivering, moet een waterrecycling pomp worden gekozen. De pomp moet
het effluent van de tweede bezinktank over een lengte van 65 meter door een
leiding/buis kunnen verpompen. Naar een beluchtingstank waar het water het
proces opnieuw in wordt gevoerd. Het waterhoogte verschil tussen de tweede
bezinktank en de beluchtingstank bedraagt nul meter. Het maximale debiet is 250
m3/uur. Het debiet moet gestuurd kunnen worden tussen de 90 en de
250 m3/uur. De viscositeit van het water is gelijk te stellen aan de
viscositeit van schoon water bij 10 Co.
1.3 Uitgangspunten
De volgende gegevens zijn
bekend:
5)
Transport afstand
65 meter.
6)
Er is geen niveau
verschil tussen de beluchtingstank en de 2e bezinktank wat overbrugd moet worden.
7)
Het debiet moet
tussen de 90 en 250 m3/uur kunnen worden geregeld.
8)
De viscositeit
van het te verpompen materiaal komt overeen met schoon water van 10 Co.
Met deze gegevens worden
namelijk rekening gehouden met de opstelling van de afwaterzuivering.
1.4 Opstelling
Om te kunnen bepalen welke
pomp het beste geschikt is het noodzakelijk om een aanname te doen van de
opstelling van het systeem en de plaats waar de pomp geplaatst wordt. Op
onderstaande afbeelding (figuur 1) is schematisch de opstelling weergegeven
waar de berekeningen en het advies in dit onderzoek op zijn gebaseerd.
Figuur
1: Schematische weergave van de opstelling.1.5 Berekende waarden
De
weerstand van de leiding (zowel die van de pers als die van de zuigzijde) zijn
berekend (zie bijlage 1A en 1B) met appendages. Het aantal bochten eventuele
afsluiters en het materiaal en de diameter waar de leidingen van zijn gemaakt
hebben invloed op de weerstand die de waterstroom die door de leidingen gaat
ondervind.
Voor
de berekeningen is van de volgende waarden uitgegaan:
Zuigzijde: Weerstand:
-
lengte leiding 2 meter
-
aantal bochten 2 ζ
= 0.3 pst
-
aantal afsluiters 1 ζ
= 0.6 pst
-
materiaal zuigleiding PVC (nieuw) k
= 0.01
-
diameter leiding (15 cm)
-
de pijpinstroom weerstand ζ
= 0.5
Perszijde:
Weerstand:
-
lengte leiding 63 meter
-
aantal bochten 1 ζ
= 0.3 pst
-
aantal afsluiters 1 ζ
= 0.6 pst
-
materiaal zuigleiding PVC (nieuw) k
= 0.01
-
diameter leiding (15 cm)
Algemene formule voor het
bepalen van de wrijvingsweerstand van de leidingen:
Pfric = λ . L . 1 .
p. v2
Om
beschadigingen aan de pomp te voorkomen moet worden berekend of de totale
aanzuigweerstand onder de voor de pomp kritieke grens blijft. Als de druk aan
de zuigzijde onder de kritieke grens uitkomt, dan kan er cavitatie ontstaan.
Cavitatie
kan worden voorkomen door:
- De dampdruk in de vloeistof laag te houden door de
temperatuur van de vloeistof laag te houden.
- De zuighoogte te minimaliseren door de pomp direct boven
het water oppervlak te plaatsten, of door de pomp in het water te plaatsen.
- De instroom weerstand van de pomp te
verlagen door:
A) de
diameter van de aanzuigbuis voldoende groot te maken.
B) de
aanzuigbuis zokort mogelijk te maken.
- De druk aan de perszijde niet te hoog te laten oplopen
door de diameter van de persleiding aan te passen aan het debiet.
- Eventueel kan er een overdruk in de voorraad tank worden
opgebouwd. (voor de berekeningen moet dan deze aangepaste druk worden gebruikt
in de formules)
Deze
kritieke waarde is de NPSH waarde welke voor elke pomp bekend is bij de
producent.
Voor de berekening van de NPSHreq (zie ook
bijlagen 1A en 1B) kan men afleiden of de pomp voldoende PSH levert. De lengte
van de leiding voor de pomp, het eventuele hoogte verschil, de weerstand in de
bochten en eventuele afsluiter, en de weerstand van de instroom opening naar de
zuigleiding worden bij elkaar opgeteld.
2. Keuze pomp
2.1 Inleiding
In dit hoofdstuk wordt
uitgelegd welke pomp het meest geschikt is, het energieverbruik en de
pomp/leiding advies.
2.2 Keuze pomp
Als pomp is de centrifugaal
pomp is het meest geschikt. Deze pompen kunnen eventuele verontreinigingen of
kleine vaste deeltjes gemakkelijk verpompen zonder dat de pomp hierdoor
beschadigt. Deze pompen kunnen een werkdruk behalen rond de 10 bar wat ruim
voldoende is voor deze toepassing. Deze pompen kunnen gemakkelijk bij
verschillende toerentallen werken om zodoende het debiet aan te passen aan de
vraag. Voor het recirculeren van het effluent van de tweede bezinktank is het
noodzakelijk om het debiet te kunnen regelen tussen de 90 en de 250 m3/uur.
Tevens kunnen er in meer of mindere mate gesuspendeerde deeltjes in het
effluent voorkomen welke door een centrifugaal pomp zonder problemen kunnen
worden verpompt. Centrifugale pompen bestaan als enkeltraps en als
meertrapsuitvoering.
De
meerstrapsuitvoering is een in serie samengestelde pomp die hierdoor en hogere
druk en een hoger debiet kan halen dan een enkeltrapsuitvoering. Figuur 2 geeft
de weergave van de doorsnede van een enkelvoudige centrifugaal pomp:
Figuur 2: De weergave van de doorsnede van een
enkelvoudige centrifugaal pomp.
(bron: Johnson pomp)
2.3 Berekend energieverbruik
Uit de berekeningen blijkt
dat de leidingen inclusief de appendages voor de pomp een weerstand voor het
aanzuigen vragen die overeenkomt met een aanzuighoogte van 1,97 meter.
Het debiet moet zowel
geregeld kunnen worden voor 90 m3 als voor 250 m3/uur.
De weerstand door de
leidingen en de bochten van de perszijde bedraagt 0,71 bar.
De diameter van de toe te
passen leiding is berekend op 15 cm, deze diameter zorgt voor een lage
stromingsweerstand en een lage stoomsnelheid van het water. Dit is belangrijk
voor de hoeveelheid energie die benodigd is om het water te verpompen.
Het optimum van deze pomp
ligt rond de 150 m3/h, bij 90 m3 ligt de efficiëntie rond
de 70 % bij 250 m3 ligt deze rond de 75%. De pomp gebruikt 25 Hp X
0,746 =19 kW =19000 J/s.
Verbruik in Joules (op
jaarbasis):
19000 J/s* 3600s* 365,25 =
2,5*1010 J.
1 kWh kost € 0,046 = 3,6*106
J.
Kosten per jaar: 2,5*1010
J/3,6*106 J *0,046 = 6940 kWh * 0,046 = € 319
2.4 Leiding/pomp advies
Bij dit advies wordt
uitgegaan van een leidingdiameter van 15 cm. Er wordt uitgegaan van een
vloeistof met de viscositeit gelijk aan die van water bij 10 Co.
Tevens is er rekening gehouden met de weerstand door het toepassen van totaal
drie haakse bochten en twee afsluiters (dit zijn afsluiters met een zeer lage
weerstand om de energiekosten te drukken). Tevens is er uit gegaan van PVC (of
een milieuvriendelijker alternatief wat dezelfde weerstand heeft) omdat dit een
zeer lage doorstroom weerstand heeft. De hiermee verkregen aanzuigweerstand
staat gelijk aan een oppomp hoogte van 1,97 meter.
Aan de perszijde levert de
pomp een druk van 16,3 mWK /10 = 1,63 bar bij 250 m3. De benodigde
druk bij 250 m3 is slechts 0,71 bar ook hier heeft de pomp
capaciteit over op de maximale vraag. Bij de lagere debieten heeft de pomp meer
druk en minder weerstand waardoor de efficiëntie verbetert. Over het gehele
pompdebietgebied is voldoende capaciteit aanwezig.
Als advies wordt de
centrifugaal pomp van het merk Waukesha uit de 200 serie geadviseerd
(zie bijlage Waukesha Series 200 Centrifugal Pumps). Het type van het model
2105 met een impeller diameter van 10,5 inch. Deze pomp kan bij
verschillende toerentallen werken waarbij het debiet kan variëren tussen de 0
en de 300 m3/uur. Deze pomp werkt nog goed bij een aanzuighoogte/
weerstand die gelijk is aan 5,2 meter. De werkelijke weerstand blijft hier ruim
onder waardoor de kans op cavitatie kan worden uitgesloten.
3. Discussie
Het advies moet worden
gelezen als de beste pomp uit de beschikbare gegevens. De pomp voldoet aan de
eisen en kan het gevraagde debiet halen.
Het is mogelijk dat er andere
pompen zijn die een hogere efficiëntie hebben dan de in dit verslag
geadviseerde pomp. Helaas zijn erop dit moment geen betere gegevens voorhanden
waarmee dit gecontroleerd kan worden. Wanneer er tot aanschaf van de pomp
overgegaan moet worden kunnen de berekende waarden in dit verslag gebruikt
worden. Het advies is om met deze waarden bij diverse pompen fabrikanten
offertes aan te vragen met pomp karakteristiek en energieverbruik. Hiermee kan
dan de beste pomp worden bepaald.
4. Conclusie
De onderzoeksvraag was:
Welke pomp is het meest geschikt voor een
huishoudelijk afvalwaterzuivering?
Om antwoord te geven op deze
vraag zijn er subvragen gesteld:
- Welke type pomp is het meest geschikt?
- Werkt de pomp bij het optimum?
- Wat is het energieverbruik en het vermogen?
Als pomp is de centrifugaal
pomp het meest geschikt. De pomp van het merk Waukesha uit de 200 serie wordt geadviseerd. Het type van het model
2105 met een impeller diameter van 10,5 inch. Deze pompen kunnen eventuele
verontreinigingen of kleine vaste deeltjes gemakkelijk verpompen zonder dat de
pomp hierdoor beschadigt. Het advies moet worden gelezen als de beste pomp uit
de beschikbare gegevens. De pomp voldoet aan de eisen maar het kan zijn dat er
betere pompen voorhanden zijn. Helaas is er weinig informatie over pompen te
vinden op het internet.
Het optimum van deze pomp
ligt rond de 150m3/h, bij 90 m3 ligt de efficiëntie rond
de 70% bij 250 m3 ligt deze rond de 75%. Het energieverbruik is
jaarlijks 6940 kWh met een vermogen van 25 Hp.
Het leidingmateriaal is
gemaakt van PVC en heeft een lengte van 65 m en een diameter van 15 cm. Verder
is er rekening gehouden met de weerstand door het toepassen van totaal drie
haakse bochten en twee afsluiters. De twee afsluiters worden voor en na de pomp
geplaatst.
Het debiet kan tussen de 90 m3/h
en 250 m3/h worden geregeld.
