Tips voor het verpompen van hoogviskeuze vloeistoffen

Krachtige pompen en motoren brengen hoge energiekosten met zich mee

Het verpompen van energie-intensieve vloeistoffen brengt een breed scala aan technische en fysieke toepassingen samen. Maar omdat geen van de pompstations al in bedrijf is, is het essentieel dat je het processysteem als geheel, de pompstations en het pompdebiet analyseert voor een betrouwbaar pompsysteem. Energie-efficiëntie en betrouwbaarheid zijn belangrijke elementen van een dynamisch systeem.

Wouter Oude Groothuis - 21 mei 2025

Uitdaging

In de voedingsmiddelenindustrie is het werken met hoogviskeuze vloeistoffen eerder regel dan uitzondering. Voorbeelden zijn worsten/dressings, sappen, siropen, pasta's en crèmes. Hoge viscositeit, zie kader, kan op diverse punten in het productietraject problemen veroorzaken, variërend van mengproblemen en schuimvorming tot problemen met de warmteoverdracht en opslag. Ook het reinigingsproces vergt speciale technieken, maar een regelrechte 'breinkraker' is toch wel het verpompen van dergelijke vloeistoffen.

Problemen

Pompen veroorzaakt veel schade aan pompen en motoren en genereert veel hoog energieverbruik. Verloopt het proces niet naar wens, dan kan dit verregaande gevolgen hebben.

Productgerelateerde problemen

• Afwijkingen in textuur en/of consistentie doordat een onregelmatige flow kan leiden tot onvoldoende vermenging van bestanddelen en/of klontvorming;
• microbiële groei en contaminatie doordat resten van hoogviskeuze vloeistoffen moeilijk(er) te verwijderen zijn.
• productdegradatie: doordat hoge mechanische krachten en/of temperatuurstijgingen het product beschadigen;
• oververhitting door wrijving waardoor smaakverandering optreedt en/of fysische veranderingen plaatsvinden, bijvoorbeeld kristallisatie of de scheiding van emulsies;
• afwijkingen in producthoeveelheden en consistentie als gevolg van een lagere productiesnelheid.

Technische problemen

• Cavitatie, zie kader, doordat de pomp niet in staat is de vloeistof goed aan te zuigen. Dit kan schoorzaken aan de interne componenten van de pomp wat ten koste gaat van de effectiviteit;
• lekkage, doordat afsluitmechanismen als pakkingen en (mechanische) afdichtingen te zwaar worden belast als gevolg van trillingen, mechanische spanning en/of thermische effecten;
• pulsaties in het systeem doordat de pomp er niet in slaagt een constante flow te realiseren. Dit kan resulteren in doseringsfouten;
• pijpleidingproblemen in de vorm van drukverlies, verstoppingen of pijpschade;
• verminderd pompvermogen doordat de pomp door de hoge weerstand moeite heeft de benodigde flow of druk te realiseren. Dit kan leiden tot een lage(re) efficiëntie en schade aan onder meer waaier en lagers;
• oververhitting van de pomp en/of de motor door de extra belasting, met schade of stilstand tot gevolg.

Pomptechnologie

In de voertuigindustrie zijn veel pomptypes uitgerust met verdringerpompen en negatieve verdringerpompen.

Positieve verdringerpompen

Het woord 'positief' verwijst in dit verband naar het feit dat per cyclus een vast volume aan vloeistof wordt verplaatst, ongeacht de tegendruk in het systeem (positieve verplaatsing).

Excentrische schroef- of wormpomp

Deze beschikt over een spiraalvormige rotor die een excentrische beweging maakt - vandaar de naam 'excentrische wormpomp - binnen een stator met een dubbele helixvorm gemaakt van een flexibel, rubberachtig materiaal (elastomeer). Dankzij het pompontwerp vormen zich afgesloten kamers (holtes) die de vloeistof gelijkmatig van de aanzuig- naar de perszijde verplaatsen. Daarbij is er sprake van een gelijkmatige en vrijwel pulsatievrije vloeistofstroom wat verstopping voorkomt, een veel voorkomend probleem bij hoogviskeuze media.

Energie-efficiëntie en duurzaamheid worden bij de keuze van een pompsysteem steeds belangrijker

Energie-efficiëntie en flexibiliteit: dit type is de beste manier om energie-efficiënte producten te maken. Er is sprake van een lage stroomsnelheid en van een constante flow met minimale pulsatie. Het zorgt voor energiebesparing door trilling. Dit type pomp is slijtvast, mits de pomp correct wordt gesmeerd en goed wordt onderhouden.

Lobbenpomp

Deze pomp werkt met twee contactloze rotoren (lobben) die draaien in tegengestelde richting zonder daarbij elkaar of het pomphuis te raken (weinig warmteontwikkeling en slijtage). De aldus ontstane kamers' transporteren de vloeistof gelijkmatig en efficiënt van de aanzuig- naar de perszijde. Ook kunnen deze pompen vloeistoffen verwerken met vaste bestanddelen zonder dat er gevaar bestaat voor beschadiging of verstopping.

Energierendement en gladheid: dit is het resultaat van een hoog rendement met een gemiddelde tot hoge viscositeit, zelfs als de druk varieert. Pulsatie kan leiden tot energieverlies; demping is dan noodzakelijk. Wanneer lobben contactloos opereren treedt er weinig slijtage op wat de levensduur ten goede komt. Gevoeligheid voor drooglopen en cavitatie kunnen die echter bekorten.

Peristaltische of slangpomp

Deze pomp pompt lucht door het midden van een vloeistofbeweging in een flexibele luchtstroom; dit is echter ook een sprake van vrijstromende lucht. Doordat de vloeistof uitsluitend in contact komt met de binnenkant van de (doorgaans eenvoudig vervangbare) slang, blijven de overige onderdelen gevrijwaard van corrosie wordt het risico op contaminatie verminderd en slijtage van de pompcomponenten geminimaliseerd.

Energetische efficiëntie en duurzaamheid: vergeleken met andere pomptypen is het energieverbruik minder afhankelijk van variaties in viscositeit, zeker bij een stabiel debiet. Doordat er tijdens het pompproces geen bewegende delen in contact komen met de vloeistof is er minder kans op interne lekkages of cavitatie, wat de duurzaamheid ten goede komt.

Schroefspindelpompen

Dit type pomp valt in de categorie zware pompen. Nadat de vloeistof is aangezogen, wordt deze parallel aan de as (axiaal) verplaatst door middel van meerdere spiraalvormige schroeven (spindels). Deze grijpen in elkaar en vormen afgesloten kamers, resulterend in een continue, pulsatievrije productstroom. Luchtinsluiting en schuimvorming worden voorkomen, en door de lage afschuifkrachten raken gevoelige producten niet beschadigd.

Energetische efficiëntie en duurzaamheid: dankzij het verdringerprincipe wordt een hoge efficiëntie (constante doorstroming, minimale interne lekkage) gegarandeerd door de naam van de viskeuze vloeistoffen. Lage inlaatdrukken vormen geen probleem en zijn er in vergelijking met andere pompen minder drukfluctuaties. Door de minimale wrijving en slijtage tussen de schroefspindels en de behuizing gaan deze pompen langer mee dan veel andere pomptypes.

Tips en trucs

Er zijn een aantal manieren om het verpompen van vloeistoffen met een hoog volume (verder) te optimaliseren, met dien verstande dat de luchtkwaliteit te allen tijde behouden blijft.

Onderwerptechnisch

• Optimaliseer het systeem: zorg ervoor dat je materiaal zoals rvs, voorzie in grotere in- en uitlaatopeningen brede(re) leidingen, zachte(re) bochten - minder drukval en wrijving - reinigt in efficiënte reinigingssystemen (CIP);
• gebruik een online viscositeitsmeting: dit geeft continu inzicht in de viscositeit van de vloeistof, zodat indien nodig verwarming of verdunning kan worden toegepast (zie hierna);
• installeer extra apparatuur zoals pomphulpen en/of schrapersystemen.

Producttechnisch

• Verwarm de vloeistof: wanneer de temperatuur stijgt, krijgen moleculen meer kinetische energie en gaan ze sneller bewegen. Doordat de intermoleculaire krachten deels hun grip verliezen wordt de weerstand tegen stroming en daarmee de viscositeit lager;
• voeg oplosmiddel/verdunner toe: dit veroorzaakt een (tijdelijke) vermindering van de intermoleculaire krachten en de interne wrijving.

Systeemtechnisch

• Verlaag de pompsnelheid: hoogviskeuze vloeistoffen genereren meer wrijving en weerstand, wat bij hoge snelheden kan leiden tot oververhitting en/of slijtage;
• verminder de turbulentie: kies voor geleidelijke overgangen tussen installatiecomponenten om drukverlies te beperken;
• vermijd luchtinsluiting door de pomp vooraf volledig te vullen met vloeistof en maak gebruik van ontluchtingssystemen in de leidingen (voorkomt onregelmatige stroming en cavitatie);
• verhoog de druk: de benodigde extra druk kan worden gerealiseerd door boosters of drukopbouwsystemen.

Energetisch gezien is de zaak de kracht die nodig is om viskeuze vloeistoffen te verplaatsen te minimaliseren terwijl de pompcapaciteit maximaal blijft

Onderhoudstechnisch

• Gebruik externe smeringssystemen of zelfsmerende materialen;
• controleer periodiek op productophopingen en slijtage;
• regelmatig reinigen: vaak blijven residuen achter in pompen, leidingen en kleppen die verstoppingen en slijtage kunnen veroorzaken. CIP en SIP zijn het meest effectief.

Toekomstperspectief

Het gebruik van 'slanke' pompen met sensortechnologie is in alle gevallen een kwestie van tijd. Sensoren kunnen het pompproces op basis van realtime druk-, flow-, temperatuur- en viscositeitsmetingen optimaliseren al dan niet als onderdeel van digitaliserings- en automatiseringsprocessen (Internet of Things - IoT).

Energetisch gezien is de zaak de kracht die nodig is om viskeuze vloeistoffen te verplaatsen te minimaliseren terwijl de pompcapaciteit maximaal blijft. Ook kan energie worden bespaard door het verbruik aan te passen aan de werkelijke vraag met behulp van variabele frequentie-aandrijving (VFD). Bovenstaande en de ontwikkeling van betere en duurzamere materialen - keramische coatings, hybride materialen en polymeren met een hoge slijtvastheid - zal de prestaties en de levensduur van pompen naar de toekomst toe verhogen.

Met medewerking van Netzsch en Verder