Pompowanie cieczy niezamarzających. Korygowanie charakterystyk

Rosnące zainteresowanie alternatywnymi źródłami energii, a w szczególności pompami ciepła oraz instalacjami solarnymi, wymaga nieco innego podejścia do doboru pomp obiegowych w tych instalacjach. Cechą charakterystyczną instalacji solarnych czy z pompami ciepła jest prowadzenie ich fragmentów na zewnątrz budynków. Wymaga to zabezpieczenia pompowanego medium przed zamarznięciem i zastosowania w miejsce wody mieszanin niezamarzających, głównie na bazie glikolu etylenowego lub propylenowego.

Inna mieszanina

Zastosowanie mieszaniny glikolowej sprawia, że pompowana ciecz posiada inne niż woda parametry. Z reguły wzrasta lepkość i gęstość mieszaniny. Zależności lepkości i gęstości od temperatury i stężenia glikolu można znaleźć na stosownych wykresach. Lepkość mieszaniny glikolowej zależy od stężenia glikolu i temperatury. W miarę wzrostu stężenia, jak również obniżenia temperatury, lepkość wzrasta. Ma to w niektórych przypadkach istotny wpływ na dobór pomp obiegowych. Należy zwrócić uwagę, że katalogowe charakterystyki pomp przeważnie sporządzone są dla wody o temperaturze 20oC i lepkości kinematycznej 1 mm2/s. Zastosowanie cieczy o większej lepkości i gęstości powoduje zmianę charakterystyki hydraulicznej oraz charakterystyki mocy. Zwiększenie lepkości powoduje zmniejszenie wysokości podnoszenia pompy (obniżenie charakterystyki hydraulicznej)  i sprawności pompy. Z kolei wzrost lepkości i gęstości wpływa na wzrost zapotrzebowania na moc (rys. 1).

Wzrost zapotrzebowania mocy na wale pompy może, w wypadku braku wystarczającego zapasu mocy, spowodować przeciążenie silników i w konsekwencji spalenie uzwojeń. Dlatego w przypadku pompowania cieczy o dużej lepkości i gęstości należy przewidzieć zastosowanie silnika o większej mocy niż w standardzie.

Pompy wirowe

Pompy wirowe mogą być stosowane do tłoczenia cieczy o maksymalnej lepkości ok. 200 mm2/s, przy czym należy liczyć się ze znacznym spadkiem sprawności pomp. Graniczne wartości lepkości zależne są ponadto od wydajności pompy. Przy niewielkich przepływach, np. do 10 m3/h, zalecana maksymalna lepkość to 50 mm2/s. Przy większych przepływach, np. 10-100 m3/h, granica maksymalnej lepkości wynosi 100 mm2/s.

Pompy bezdławnicowe

W wypadku popularnych pomp bezdławnicowych standardowo stosowanych w instalacjach grzewczych zakłada się maksymalną lepkość w granicach 10 mm2/s. Odpowiada to parametrom 50% roztworu glikolu etylenowego w temperaturze -10oC. W wypadku pompowania cieczy zimnych należy zawsze uwzględniać dopuszczalny zakres temperatur dla określonego typu pompy. Przy pompowaniu cieczy o większej lepkości rozwiązaniem są  pompy dławnicowe. Ich konstrukcja umożliwia zastosowanie przewymiarowanych silników zapewniających odpowiedni zapas mocy. Ważnym elementem doboru pompy dławnicowej jest wybór uszczelnienia mechanicznego wału. Pod względem materiałowym zalecane jest użycie jako materiału pierścieni ślizgowych węglika krzemu, względnie węglika wolframu. Na materiał uszczelek zaleca się stosowanie gumy EPDM lub Vitonu.

W wypadku pompowania cieczy o niskich temperaturach, a tym samym stosunkowo dużej lepkości, należy zwiększyć siłę nacisku na pierścienie ślizgowe. Stosujemy wtedy uszczelnienia o zredukowanej powierzchni styku.

Jak dobrać pompę?

Dobór pomp do instalacji „glikolowych” odbywa się z wykorzystaniem danych katalogowych dla wody. Możemy zastosować dwie metody skorygowania standardowych charakterystyk pomp.

Najprostsza, ale dość precyzyjna, polega na skorzystaniu z programów doborowych producentów pomp, gdzie mamy możliwość wprowadzenia lepkości i gęstości cieczy lub możemy wybrać rodzaj cieczy, stężenie, np. glikolu, i temperaturę pracy. Program określi lepkość i gęstość cieczy, a następnie wyznaczy nowe charakterystyki hydrauliczne i wymaganą moc.

Jeżeli nie mamy takiej możliwości, stosujemy metodę współczynników korygujących: kP2, kH. Polega ona na wykorzystaniu nomogramów w celu wyznaczenia skorygowanych wartości wysokości podnoszenia i mocy. Przykładowy schemat określenia skorygowanych parametrów przedstawiają rysunki 2 i 3.

Hw = kH * Hs,

P2S = kp2 * P2W * (rs/rw),

gdzie:

HW – wys. podnoszenia dla wody,

P2W – moc na wale pompy dla wody,

HS wys. podnoszenia dla cieczy lepkiej,

P2S – moc na wale dla cieczy lepkiej,

ρs  – gęstość cieczy lepkiej,

ρw – gęstość wody 998 kg/m3,

kP2, kH – współczynniki korygujące.

Wychodząc z wymaganej wydajności i wysokości podnoszenia, odczytujemy współczynniki korygujące dla H i P2.

Wartości te podstawiamy do prezentowanych wzorów. Wartość Hw określa wysokość podnoszenia wyznaczoną dla wody w taki sposób, aby po korekcie uzyskać wymaganą wysokość podnoszenia dla mieszaniny glikolowej. Obliczona moc P2s pozwoli ocenić, czy silnik pompy w wykonaniu standardowym (dla wody) będzie miał wystarczający zapas mocy.

Ryszard Gawronek

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij