Afbeelding in veldstijl, opgesteld ter ondersteuning van de dimensionering van de drukvat voor de drukverhogingspomp.
Een veldtechnicus die een kantoorgebouw van tien verdiepingen in bedrijf stelt, ontdekt dat de drukverhogingspomp tijdens normale bezetting om de negentig seconden start, wat ruimschoots het door de fabrikant aanbevolen aantal van zes starts per uur overschrijdt. Bij de specificatie was de drukvat te klein gedimensioneerd, waardoor de pomp gedwongen wordt tot snelle cycli die de levensduur van de lagers verkorten en energie verspillen.
Bij het dimensioneren van een drukvat voor een drukverhogingspomp wordt het benodigde buffervolume bepaald om het aantal pompstarts te beperken en tegelijkertijd de systeemdruk tussen vastgestelde in- en uitschakelpunten te handhaven. Het vat slaat water onder druk op tijdens periodes van lage vraag en geeft dit weer af voordat de pomp opnieuw start, waardoor mechanische onderdelen worden beschermd en de exploitatiekosten worden verlaagd.
De juiste dimensionering hangt af van vier variabelen: het debiet van de pomp, de toegestane cyclussnelheid, het drukverschil in het systeem en de afnamecapaciteit van de tank bij bedrijfsdrukken.
Belangrijkste opmerkingen
- Het tankvolume is afhankelijk van het pompdebiet (GPM), het toegestane aantal startbeurten per uur en het drukverschil tussen de inschakel- en uitschakelwaarden
- De onttrekkingscapaciteit — het bruikbare watervolume tussen de inschakel- en uitschakelgrens — bepaalt de effectieve tankgrootte, niet het totale tankvolume
- Bij membraantanks moet de voorvuldruk worden ingesteld op 60-80% van de inschakeldruk om de drukdaling te maximaliseren
- Te kleine tanks leiden tot snelle in- en uitschakelingen; te grote tanks brengen extra kosten met zich mee zonder dat dit prestatievoordelen oplevert, afgezien van het terugdringen van het aantal startbeurten tot onder de aanvaardbare drempelwaarde
- ASME-gecertificeerde blaas- of membraantanks zijn standaard voor commerciële drukverhogingssystemen met een werkdruk van meer dan 125 PSI
Het benodigde tankvolume berekenen
De fundamentele berekeningsformule brengt het tankvolume in verband met het pompdebiet en de cyclusfrequentie:
**V = (Q × t) / D**
Waar:
- V = benodigd tankvolume (gallons)
- Q = pompdebiet (GPM)
- t = tijd tussen het starten van de pompen (minuten)
- D = onttrekkingscapaciteit (uitgedrukt als decimaal getal, doorgaans 0,25-0,35 voor correct voorgevulde membraantanks)
De tijd tussen twee startbeurten wordt berekend door 60 minuten te delen door het gewenste aantal startbeurten per uur. Voor een pomp die is ontworpen voor maximaal zes startbeurten per uur, geldt t = 10 minuten.
Een boosterpomp met een nominaal debiet van 50 GPM (https://projectcalc.app/blog/booster-pump-sizing-guide) en een limiet van zes startbeurten per uur vereist: V = (50 × 10) / 0,30 = 1.667 gallons, uitgaande van een 30%-peilverlaging. Dit is de minimale tankgrootte om overmatig in- en uitschakelen bij continue vraag te voorkomen.
Bij de meeste commerciële toepassingen wordt bij normaal bedrijf uitgegaan van vier tot zes startbeurten per uur. Als er vaker wordt gestart, wijst dit op een te kleine capaciteit; minder dan twee startbeurten per uur duidt erop dat de tank groter is dan nodig is voor cyclusbescherming.
Het bepalen van de onttrekkingscapaciteit
De afnamecapaciteit is het percentage van het tankvolume dat beschikbaar is tussen de inschakeldruk en de uitschakeldruk van de pomp. Deze is afhankelijk van drie factoren: de voorvuldruk van de tank, de inschakeldruk en de uitschakeldruk.
Voor een membraantank wordt de drukdaling berekend met behulp van de acceptatieformule (https://www.amtrol.com/asmesupport/):
**Drawdown (%) = (P1 – P0) / (P1 + 14,7) × (P2 + 14,7) / (P2 – P0)**
Waar:
- P0 = voorvuldruk (PSIG)
- P1 = inschakeldruk (PSIG)
- P2 = uitschakeldruk (PSIG)
- 14,7 = omrekeningsfactor voor atmosferische druk
Een systeem met een inschakeldruk van 40 PSIG, een uitschakeldruk van 60 PSIG en een voorvulling van 30 PSIG levert een drukdaling van ongeveer 33% op. Bij hetzelfde drukverschil, maar met een voorvulling van 20 PSIG, daalt de drukdaling tot 28% als gevolg van een inefficiënt gebruik van het tankvolume.
Invloed van het voorladen op het bruikbare volume
Voorvulling (PSIG) | Inschakelwaarde (PSIG) | Cut-Out (PSIG) | Drawdown (%) |
28 | 40 | 60 | 35 |
32 | 40 | 60 | 33 |
36 | 40 | 60 | 30 |
24 | 40 | 60 | 37 |
De tabel toont een systeem van 40/60 PSIG bij verschillende instellingen voor de voorvulling. Bij een voorvulling ingesteld op 70% van de inschakeldruk (28 PSIG) wordt de drukdaling gemaximaliseerd zonder dat het risico bestaat dat het membraan door overmatige compressie beschadigd raakt.
Selectie op basis van drukverschil
Het verschil tussen de inschakel- en uitschakeldruk heeft invloed op zowel de drukdaling als de stabiliteit van het systeem. Een groter verschil leidt tot een hogere procentuele drukdaling, maar veroorzaakt ook grotere drukschommelingen bij de afnamepunten.
De meeste commerciële drukverhogingssystemen werken met een drukverschil van 20 PSIG. Een instelling van 40/60 PSIG biedt voldoende reserve voor gebouwen met meerdere verdiepingen, terwijl de druk bij de kranen redelijk constant blijft.
Kleine drukverschillen van minder dan 15 PSIG beperken de beschikbare drukdaling en kunnen ertoe leiden dat de pomp vaker in- en uitschakelt dan de tank aankan. Boostersystemen met variabel toerental (https://engineerfix.com/how-a-booster-pump-with-pressure-tank-works/) met druktransducers maken de vaste in- en uitschakellogica vaak volledig overbodig, waarbij de tank uitsluitend als drukcompensator wordt gebruikt in plaats van als cyclusbuffer.
Toepassingen waarbij een nauwkeurige drukregeling vereist is – zoals laboratorium- of proceswatersystemen – kunnen een regeling met variabele snelheid nodig hebben, in plaats van uitsluitend op de grootte van de tank te vertrouwen om drukschommelingen op te vangen.
Toepassingsspecifieke aanpassingen van de afmetingen
Bij standaardberekeningen van de benodigde capaciteit wordt uitgegaan van stabiele vraagpatronen. Bij daadwerkelijke installaties moeten aanpassingen worden doorgevoerd om rekening te houden met piekstromen en gebruiksprofielen.
**Piekvraagvermenigvuldigingsfactor**: Dimensioner de tank op 1,5 tot 2,0 keer de gemiddelde doorstroming als het systeem te maken krijgt met kortstondige piekbelastingen. Een drukverhogingsinstallatie voor huishoudelijk water die toiletten van water voorziet, moet geschikt zijn voor gelijktijdig gebruik van de sanitaire voorzieningen tijdens dienstwisselingen.
**Beperkingen inzake de inschakelduur**: Pompfabrikanten geven het maximale aantal startbeurten per uur aan om oververhitting van de motor en mechanische slijtage te voorkomen. De tank moet groot genoeg zijn om het aantal startbeurten tijdens de langste periode van continu verbruik onder deze limiet te houden, en niet alleen onder gemiddelde omstandigheden.
**Systemen met meerdere pompen**: Bij duplex- of triplex-drukverhogingsinstallaties moet het tankvolume worden bepaald op basis van het debiet van de hoofdpomp, en niet op basis van de totale systeemcapaciteit. De tank vangt schommelingen in de vraag op wanneer er slechts één pomp in bedrijf is; extra pompen worden pas ingeschakeld wanneer het debiet de capaciteit van de hoofdpomp overschrijdt.
**Minimale tankinhoud**: ASME-membraantanks met een inhoud van minder dan 20 gallon (https://www.rafsun.com/how-to-size-a-pressure-tank-for-a-booster-pump/) bieden minimale bescherming tegen cyclische schommelingen in commerciële systemen. Zelfs bij boosters met een laag debiet moet een tank van ten minste 40 gallon worden gebruikt om rekening te houden met de variabiliteit van de vraag in de praktijk.
Installatie en controle van de voorvulling
Nieuwe tankinstallaties worden geleverd met een fabrieksinstelling voor de voorvulling, doorgaans 38-40 PSIG voor standaardmodellen. Deze instelling komt zelden overeen met de specifieke inschakeldruk van het drukverhogingssysteem.
Voor het afstellen van de voorvulling moet de druk in het systeem worden afgetapt, moet de luchtklep op de tank worden geopend en moet met behulp van een lagedrukbandenspanningsmeter de vulling worden gecontroleerd en afgesteld. Stel de voorvulling in op 70% van de inschakeldruk voordat het systeem wordt gevuld.
Blaas- en membraantanks verliezen na verloop van tijd hun voorvulling door permeatie. Jaarlijkse controle voorkomt een geleidelijk verlies van de afzuigcapaciteit, wat tot vaker in- en uitschakelen leidt. Een met water volgelopen tank – wat blijkt uit het ontbreken van luchtdruk bij de klep – heeft zijn membraanintegriteit verloren en moet worden vervangen.
De plaatsing van de tank is van invloed op de prestaties. Monteer de tank aan de perszijde van de pomp, na de terugslagklep, om te voorkomen dat terugstroming de blaas doet inzakken tijdens periodes waarin de pomp niet draait. Een verticale opstelling met de aansluiting aan de onderkant zorgt ervoor dat de waterzijde volledig wordt leeggelopen.
FAQs
Mag ik een grotere tank gebruiken dan uit de berekening blijkt?
Ja, een redelijke oversizing heeft geen negatieve invloed op de prestaties. Een tank die tot 50% groter is dan berekend, zorgt voor een verdere vermindering van het aantal startbeurten, maar brengt extra kosten met zich mee en vereist meer vloeroppervlak. Tanks die meer dan het dubbele van de berekende grootte hebben, leveren een afnemend rendement op: het systeem zal dan al ver onder de aanvaardbare cyclussnelheid starten.
Hoe beïnvloedt de hoogte de dimensionering van de tank?
De omrekeningsfactor voor de atmosferische druk in de formule voor de drukdaling gaat uit van zeeniveau (14,7 PSIA). Op een hoogte van 5.000 voet moet in plaats daarvan 12,2 PSIA worden gebruikt. Dit vermindert de effectieve drukdaling enigszins, waardoor een grotere tank nodig is om dezelfde cyclusbescherming te bereiken. De meeste dimensioneringstools (https://www.mepwork.com/2017/12/booster-pump-calculation-sheets.html) bevatten hoogtecorrectiefactoren voor drukken boven 3.000 voet.
Wat gebeurt er als de voorlading te hoog is ingesteld?
Als de voorvulling bij een inschakeldruk boven 90% ligt, blijft er vrijwel geen drukverlagingscapaciteit over. De waterzijde van het membraan heeft minimale ruimte om uit te zetten, waardoor de tank als een vrijwel stijve houder functioneert. De pomp zal bij kleine veranderingen in de vraag steeds in- en uitschakelen, waardoor het doel van de tank teniet wordt gedaan.
Heb ik voor elke pomp in een duplexsysteem aparte reservoirs nodig?
Nee. Eén tank met de juiste capaciteit is voldoende voor de gehele boosterset. Het tankvolume is afgestemd op het debiet van de hoofdpomp, en de schakelalgoritme schakelt extra pompen in wanneer de vraag groter is dan wat de tank en de hoofdpomp samen kunnen leveren.
Conclusie
Controleer de tankinhoud aan de hand van het werkelijke debiet van de pomp bij de bedrijfsdruk, en niet aan de hand van het op het typeplaatje vermelde vermogen, aangezien centrifugaalpompen bij hogere drukken een lager debiet leveren. Voer de berekening uit met het debiet uit de pompkarakteristiek bij de vereiste afvoerdruk van het systeem.
Na de installatie wordt gedurende de eerste week het aantal starts per uur tijdens normale piekperiodes bijgehouden. Als het systeem de door de fabrikant aanbevolen cyclussnelheid overschrijdt, is de tank te klein voor de daadwerkelijke gebruikspatronen en is een grotere tank of extra capaciteit nodig voordat er mechanische problemen ontstaan.