De opvoerhoogte is de totale energie die een pomp moet leveren om vloeistof van punt A naar punt B te verplaatsen, gemeten in voet of meter. Om deze correct te berekenen, heb je drie getallen nodig: de statische opvoerhoogte (verticale opvoerhoogte), het wrijvingsverlies (leidingweerstand) en de vereiste afvoerdruk. Als u een van deze gegevens over het hoofd ziet, kiest u ofwel een te kleine pomp of verspilt u geld aan overcapaciteit. Deze gids leidt u door het berekeningsproces, veelvoorkomende fouten in de praktijk en hoe u uw resultaat kunt afstemmen op een pompkarakteristiek.
Belangrijkste opmerkingen
- Totale opvoerhoogte = statische opvoerhoogte + wrijvingsverlies + vereiste afvoerdruk, allemaal omgerekend naar dezelfde eenheid
- De statische druk is afhankelijk van de geometrie; voor het wrijvingsverlies zijn de buisdiameter, de lengte, het aantal fittingen en het debiet van belang
- Een pompkarakteristiek geeft de opvoerhoogte weer bij verschillende debieten; het door u berekende werkpunt moet binnen het efficiënte bereik van de karakteristiek liggen
- De zuighoogte vermindert de beschikbare NPSH en beïnvloedt de pompkeuze, zelfs als de totale opvoerhoogte gelijk blijft
- Leg de aannames voor uw berekeningen vast, zodat bij toekomstige probleemoplossing kan worden vastgesteld of het systeem is gewijzigd of dat de pomp defect is geraakt
De drie componenten van de totale opvoerhoogte
Elke berekening van de pomphoogte begint met het opsplitsen van het systeem in meetbare onderdelen. De statische opvoerhoogte is de verticale afstand tussen de waterbron en het afvoerpunt. Als u water oppompt uit een put van 60 feet diep en dit afvoert naar een tank die 20 feet boven de grond ligt, bedraagt uw statische opvoerhoogte 80 feet. Dit getal verandert niet met het debiet.
Wrijvingsverlies is de energie die wordt verbruikt door leidingwanden, fittingen, kleppen en veranderingen in de leidingdiameter. Het neemt toe bij een hogere stroomsnelheid en neemt af bij een grotere leidingdiameter. Een 2-inch Schedule 40-leiding met een debiet van 50 GPM verliest ongeveer 4 voet opvoerhoogte per 100 voet leiding. Voeg zes 90-gradenbochten toe en u voegt nog eens 12 feet aan equivalente leidinglengte toe. Tabellen met wrijvingsverliezen zijn verkrijgbaar bij leidingfabrikanten, of gebruik de Hazen-Williams-vergelijking voor snelle schattingen in de praktijk.
De vereiste afvoerdruk is de druk die op het eindpunt nodig is, omgerekend naar opvoerhoogte. Een druppelirrigatiesysteem heeft mogelijk 30 PSI (69 feet opvoerhoogte) nodig. Een sproeisysteem heeft mogelijk 50 PSI (115 feet) nodig. Een warmtewisselaar heeft mogelijk 20 PSI nodig. Deze druk moet worden gehandhaafd bij het ontwerpdebiet, niet bij het afsluiten.
Voorbeeld van een veldberekening
Een boerderij moet 100 GPM uit een vijver pompen naar een irrigatieverdeelleiding die 300 feet verderop ligt en 15 feet hoger is dan het wateroppervlak van de vijver. De verdeelleiding moet een druk van 40 PSI (92 feet opvoerhoogte) handhaven om de druppelleidingen te voeden. De zuigleiding bestaat uit een 3-inch buis van 20 feet lang met één voetklep en één 90-gradenbocht. De persleiding bestaat uit een 2-inch buis van 300 feet lang met vier 90-gradenbochten.
| Component | Berekening | Resultaat |
|---|---|---|
| Statische druk | Verticale lift | 15 feet |
| Zuigwrijving | 20 ft leiding + voetklep (equivalent aan 10 ft) + bochtstuk (equivalent aan 2 ft) bij 100 GPM in een leiding van 3″ = ~1 ft drukverlies | 1 voet |
| Wrijvingskrachten bij het lossen | 300 ft leiding + 4 bochten (gelijk aan 8 ft) bij 100 GPM in een leiding van 2″ = ~24 ft drukverlies | 24 voet |
| Uitlaatdruk | 40 PSI × 2,31 ft/PSI | 92 voet |
| Totale opbrengst | 15 + 1 + 24 + 92 | 132 voet |
De pomp moet 100 GPM leveren bij een totale opvoerhoogte van 132 feet. Bekijk nu de pompcurves van de fabrikanten. Een centrifugaalpomp van 3 HP met een 7-inch waaier levert mogelijk 100 GPM bij 130 feet — dat komt dicht genoeg in de buurt voor deze toepassing. Een pomp van 2 HP haalt maximaal 110 feet, dus die is niet geschikt. Een pomp van 5 HP kan 100 GPM leveren bij 160 feet, maar dan verspil je energie en geld.
Hoe de zuigomstandigheden de berekening beïnvloeden
De aanzuighoogte is de verticale afstand die de pomp het water moet omhoogzuigen voordat het de waaier binnenkomt. Als de pomp 8 feet boven het vijveroppervlak staat, is de aanzuighoogte 8 feet. Dit telt niet mee voor de totale opvoerhoogte – die is al verwerkt in de statische opvoerhoogte – maar het is wel van invloed op de keuze van de pomp, omdat het de beschikbare NPSH (Net Positive Suction Head) vermindert.
De beschikbare NPSH moet groter zijn dan de vereiste NPSH, anders treedt er cavitatie op in de pomp. Op zeeniveau bij een watertemperatuur van 60°F begint u met ongeveer 34 feet atmosferische druk. Trek daar de aanzuighoogte, het wrijvingsverlies bij de aanzuiging en de dampdruk (verwaarloosbaar bij koud water) vanaf, en u krijgt de beschikbare NPSH. Als je pomp 12 feet NPSH nodig heeft en je hebt slechts 10 feet beschikbaar, zal de pomp cavitatie vertonen, zelfs als de totale opvoerhoogte overeenkomt met de curve.
Bij een ondergedompelde aanzuiging — waarbij de pomp zich onder de waterbron bevindt — neemt de beschikbare NPSH toe, wat de keuze van de juiste pomp vergemakkelijkt. Bij dompelpompen wordt de aanzuighoogte volledig geëlimineerd doordat de pomp onder het waterniveau wordt geplaatst.
Je resultaat afstemmen op een pompcurve
Op een pompcurve wordt de opvoerhoogte weergegeven op de verticale as en het debiet op de horizontale as. De curve loopt schuin naar beneden: een hoger debiet betekent een lagere opvoerhoogte. Uw werkpunt (100 GPM bij 132 feet in het bovenstaande voorbeeld) moet op de curve liggen, bij voorkeur in het middelste derde deel, waar het rendement het hoogst is.
Als uw werkpunt rechts van de curve ligt, kan de pomp onvoldoende opvoerhoogte leveren. Als het punt links van de curve ligt, draait de pomp met een laag debiet en kan hij vastlopen of oververhit raken. Als het punt op de curve ligt, maar dicht bij het afsluitpunt, daalt het rendement en neemt de motorstroom toe.
Sommige pompen zijn verkrijgbaar met verschillende waaiers. Een op een frame gemonteerde centrifugaalpomp kan worden uitgerust met waaiers van 6 inch, 7 inch of 8 inch. Elke waaier heeft zijn eigen prestatiecurve. Kies de waaier waarmee uw werkpunt binnen het efficiënte bereik valt, doorgaans 70–85% van het punt met het hoogste rendement (BEP).
Veelgemaakte fouten die de berekening verpesten
Als je de nominale buismaat gebruikt in plaats van de werkelijke binnendiameter, wordt het wrijvingsverlies te hoog ingeschat. Een Schedule 40-buis van 2 inch heeft een binnendiameter van 2,067 inch, niet 2,0 inch. Dit verschil is van belang bij hoge debieten.
Vergeet de fittingen en afsluiters niet. Een volledig geopende schuifafsluiter voegt ongeveer 1 voet aan equivalente leidinglengte toe. Een terugslagklep voegt 5 voet toe. Een bodemklep met filter voegt 10–15 voet toe. Vier 90-gradenbochten in een 2-inch leiding voegen 8 feet toe. Als u deze weglaat, is uw wrijvingsverlies 20–30% te laag.
Eenheden omrekenen. De statische opvoerhoogte in voet, de druk in PSI en het debiet in gallon per minuut moeten allemaal worden omgerekend. Eén PSI komt overeen met 2,31 voet opvoerhoogte. Eén bar komt overeen met 33,5 voet. Eén meter komt overeen met 3,28 voet. Gebruik overal dezelfde eenheden, anders kies je de verkeerde pomp.
Het negeren van snelheidslimieten. Als uw leiding te klein is, schiet het wrijvingsverlies omhoog en kan de snelheid hoger worden dan 8–10 voet per seconde, wat waterslag en voortijdige slijtage veroorzaakt. Als uw leiding te groot is, verspilt u geld aan materiaal en kan het systeem mogelijk niet zelfaanzuigend werken.
Informatie die u nodig hebt voor een offerte
Wanneer u een offerte voor een pomp aanvraagt, geef dan niet alleen het berekende werkpunt door, maar ook de invoergegevens. Vermeld daarbij het debiet, de totale opvoerhoogte, de statische opvoerhoogte, de aanzuigconditie (droog of onder water), leidingdiameters, het type vloeistof (schoon water, zand, chemicaliën), de temperatuur, het bedrijfsregime (continu of intermitterend), de stroomvoorziening (eenfasig 230 V, driefasig 480 V) en de installatiebeperkingen (binnen, buiten, verticale vrije ruimte, toegankelijkheid voor onderhoud).
Als u een bestaande pomp vervangt, voeg dan de gegevens van het typeplaatje, foto’s van de installatie en een beschrijving van de storingsoorzaak toe. Een pomp die twee jaar heeft gedraaid en vervolgens vastgelopen is, kan wijzen op een probleem met de vloeistof of de lagers. Een pomp die nooit voldoende druk heeft geleverd, kan wijzen op een rekenfout of een wijziging in het systeem.
Probleemoplossing: wanneer de berekende opvoerhoogte niet overeenkomt met de prestaties in de praktijk
Als uw pomp minder druk levert dan verwacht, controleer dan op luchtlekken aan de zuigzijde, verstopte filters, versleten waaiers of een onjuiste waaiersdiameter. Meet de uitlaatdruk met een manometer, en ga niet af op schattingen. Meet de motorstroom en vergelijk deze met de op het typeplaatje vermelde stroomsterkte bij vollast. Een hoge stroomsterkte bij een laag debiet duidt erop dat de waaier te groot is of dat het systeem een hogere opvoerhoogte heeft dan berekend.
Als uw pomp meer druk levert dan nodig is, hebt u mogelijk te groot berekend of is de vraag van het systeem veranderd. Draai de afsluitklep iets dicht om het werkpunt op de curve naar links te verplaatsen, of vervang de waaier door een kleiner exemplaar. Als een pomp ver rechts van het BEP draait, wordt energie verspild en wordt de levensduur van de lagers verkort.
FAQs
Moet ik de opvoerhoogte berekenen bij de inlaat van de pomp of bij de waterbron?
Bereken de afstand vanaf de waterbron (het oppervlak van de vijver, het waterpeil in de put, de bodem van de tank) tot het afvoerpunt. De locatie van de pomp is slechts een punt langs de leiding. De aanzuighoogte maakt deel uit van de statische opvoerhoogte, en het wrijvingsverlies bij de aanzuiging maakt deel uit van het totale wrijvingsverlies.
Kan ik dezelfde berekening gebruiken voor een boosterpomp in een druksysteem?
Ja, maar vervang de statische opvoerhoogte door de benodigde drukverhoging. Als de inlaatdruk 30 PSI is en de uitlaatdruk 60 PSI moet zijn, bedraagt de equivalente statische opvoerhoogte 30 PSI × 2,31 = 69 voet. Tel daar het wrijvingsverlies in de afvoerleiding van de drukverhogingspomp bij op.
Wat als mijn systeem twee afvoerpunten op verschillende hoogten heeft?
Bereken de opvoerhoogte voor het hoogste of meest beperkende punt. Als één aftakking naar een tank op 30 feet hoogte loopt en een andere naar een sproeier op 15 feet hoogte, gebruik dan 30 feet plus het wrijvingsverlies en de vereiste druk voor die aftakking. Gebruik afsluiters om de doorstroming tussen de aftakkingen in evenwicht te brengen.
Hoe houd ik rekening met toekomstige kalkaanslag in de leidingen of verstopping van de filters?
Voeg een veiligheidsmarge toe aan het wrijvingsverlies, doorgaans 10–20%. Als het wrijvingsverlies in een schone leiding 20 feet bedraagt, ontwerp dan voor 24 feet. Dit voorkomt dat de pomp buiten de specificaties valt naarmate het systeem veroudert. Gebruik voor filters de drukval aan het einde van de levensduur van het filter, niet wanneer het filter nieuw is.
Moet ik naar boven of naar beneden afronden als ik tussen twee pompmodellen moet kiezen?
Rond naar boven af als het werkpunt bij de kleinere pomp boven 85% van de maximale doorstroming uitkomt, of als u verwacht dat het systeem zal worden uitgebreid. Rond naar beneden af als de grotere pomp u dwingt om een motor met een hoger vermogen te kiezen, met name bij eenfasige stroomvoorziening, waar 5 HP vaak de limiet is voor residentieel gebruik.
Conclusie
Om de pompopvoerhoogte correct te berekenen, moet je de statische opvoerhoogte meten, het wrijvingsverlies op basis van de leidingdiameter en de fittingen inschatten, de vereiste afvoerdruk daarbij optellen en het totaal vergelijken met een pompkarakteristiek. De berekening zelf duurt tien minuten. De waarde wordt verkregen door uw aannames vast te leggen – leidingdiameters, aantal fittingen, debiet, afvoerdruk – zodat bij toekomstige probleemoplossing ontwerpfouten kunnen worden onderscheiden van defecten aan onderdelen. Een pomp die defect raakt omdat u vier bochten bent vergeten mee te tellen, is geen slechte pomp. Een systeem dat overschakelt van intermitterende naar continue werking is geen verkeerde berekening. Leg zowel het resultaat als de invoergegevens vast, zodat de volgende persoon uw beslissingen niet hoeft te achterhalen aan de hand van een typeplaatje en een manometer.