Dit artikel is een vervolg op kosten van vijverapparatuur

Weerstand in stromingen

De invloed op de hoogte van de kosten over de economische levensduur van een pomp wordt meestal niet zozeer bepaald door de aanschafwaarde, maar vooral door het energieverbruik. Uiteindelijk zal een duurdere pomp met een laag energieverbruik dus rendabeler zijn dan een goedkope pomp met een hoog verbruik. Dit omslagpunt wordt meestal na twee of drie jaar al bereikt, terwijl een pomp over het algemeen langer dan vijf jaar meegaat. U hebt kunnen zien wat u op deze manier kunt besparen. Deze invloed zal, met het continu stijgen van de energieprijzen, alleen maar toenemen. Dus in uw beslissing kunt u behalve “wat kost het nu?” ook nog “wat kost het morgen?” betrekken.

Berekenen van de pomp

In het genoemde voorbeeld gingen we ervan uit dat we de helft van de vijver van 30 kubieke meter per uur door de filter wilde pompen, en hebben daar dus een pomp bijgezocht die 15 kubieke meter kan verpompen. Dit debiet geldt echter alleen wanneer de pomp onbelast gebruikt wordt. Zodra er sprake is van opvoerhoogte of leidingweerstand gaat dit debiet naar beneden. Om daadwerkelijk 15 kubieke meter netto over te houden, hebben we dus een zwaardere pomp nodig. Hoeveel zwaarder de benodigde pomp moet zijn is uit te rekenen. Dit artikel gaat over het berekenen van de pomp die u nodig heeft om de gewenste Netto Flow (NF) te bereiken. Onder NF verstaan we de hoeveelheid water in kubieke meters die via de retour uiteindelijk in uw vijver terecht komt. Om deze berekening te kunnen maken moet u dus, naast de opvoerhoogte, weten wat de weerstand is van de leidingen, koppelingen, kranen, UV-lamp en warmtewisselaar. Na dit artikel heeft u hier inzage in. Daarnaast geven we u wat tips over de aanleg van uw leidingsysteem. Door dit slim aan te pakken kunt u met een pomp met een lager debiet dezelfde NF bereiken. Mogelijk kunt u zelfs gebruik maken van een lagedrukpomp. Dit is een pomp met een zeer laag energieverbruik welke echter wel gevoeliger is voor weerstanden dan een hogedrukpomp. Alles waar stroming doorheen gaat heeft een standaard weerstand. Deze weerstand kan nog beïnvloed worden door trek- en valkrachten van het water. De invloed hiervan is meestal gering en gaat voor dit artikel te ver. Dit laten we dus buiten beschouwing. Bij een pomp wordt vrijwel altijd een flowdiagram gevoegd. Hierop staat vermeld hoeveel Netto Flow u overhoudt bij een bepaalde opvoerhoogte.

Onbelast (dus zonder opvoerhoogte- en weerstandsverlies) geeft pomp X een Netto Flow van 20 kubieke meter per uur. Wanneer we een NF willen overhouden van 15 m3/uur dan mag de opvoerhoogte dus maximaal 1,5 meter bedragen (zie rode lijn). Deze pomp kan geen water meer verpompen bij een opvoerhoogte van meer dan zes meter. Zes meter opvoerhoogte staat gelijk aan een tegendruk van 0,6 bar. Niet alleen de opvoerhoogte is van invloed op de afname van de NF. Bochten in leidingen, de leidingen zelf, vernauwingen door warmtewisselaars, kranen en/of UV units verminderen de NF eveneens. Om het u gemakkelijk te maken rekenen we alle weerstanden die u in uw systeem kunt tegenkomen om naar opvoerhoogte. De som van de weerstanden en de werkelijke opvoerhoogte wordt dan uitgedrukt in een totaal opvoerhoogte verlies (TOV). Met kennis van het TOV en de gewenste NF kunt u zien of uw pomp aan het beoogde doel voldoet cq. kunt u op zoek naar een geschikte pomp. Het mag duidelijk zijn dat we tot doel hebben de TOV zo laag mogelijk te maken. Immers, hoe lager de TOV, hoe lager de benodigde capaciteit en hoe lager uw energierekening.

Zoals uit het vorige artikel bleek bespaart u met elke Watt (continugebruik) die u op jaarbasis minder gebruikt ongeveer € 1,93. Om het verhaal sprekend te houden nemen we een hypothetisch voorbeeld. Aan de hand van dit voorbeeld rekenen we het TOV uit. Stel we hebben een gravity gevoerd systeem met een meerkamerfilter. De pomp komt dus ná de filter. We willen een NF overhouden van tenminste 15 kubieke meter per uur. Na de pomp hebben we 5 meter leiding nodig om het water terug de vijver in te voeren. We moeten twee keer 90 graden en één keer 45 graden de bocht om, maken gebruik van één T-splitsing waarmee we de filter “in zichzelf” kunnen laten draaien én willen het water via een UV lamp (110 Watt) laten lopen. Om de filter in zichzelf te kunnen laten draaien en om de UV lamp af te kunnen koppelen zonder de filter leeg te laten lopen maken we gebruik van drie schuifkranen, waarvan er twee worden gebruikt in het circuit van de filter naar de vijver. Onderstaand plaatje geeft de situatie schematisch weer:

Wat we gaan doen is alle componenten die weerstand opleveren stapsgewijs benoemen om dit vervolgens om te rekenen in een totaal opvoerhoogte verlies (TOV). Met dit totale opvoerhoogte verlies en de gewenste Netto Flow (NF) kunnen we vervolgens doelgericht op zoek naar de meest rendabele pomp. Het TOV bestaat uit de volgende componenten: Opvoerhoogte: Hoeveel meter moet het water omhoog gebracht worden om het water terug in uw vijver te krijgen? Bij een gravity gevoerd systeem is dit de afstand tussen het waterniveau in de filter en het hoogste punt van de retourleiding naar de vijver.

Uit bovenstaande plaatjes blijkt al dat u over het algemeen op opvoerhoogte kunt besparen door een “gravity” systeem te verkiezen boven een “pompgevoed” systeem. In ons hypothetische voorbeeld, gebaseerd op een “gravity” gevoed filter, bedraagt de opvoerhoogte 50 centimeter. Leidingweerstand: Wanneer we de diameter van de leiding na de pomp te smal maken moet de pomp het water als het ware door de leiding persen. De weerstand die dit oplevert gaat ten koste van de Netto Flow.

De NPFA (de vereniging van leidingmakers in de USA) heeft berekend dat het niet efficiënt is om water met een hogere snelheid dan 1,5 meter per seconde door een leiding te persen, simpelweg omdat dit teveel weerstand oplevert. Nog beter is het om onder de meter per seconde te blijven. Om te berekenen welke diameter leiding we nodig hebben moeten we eerst de inhoud van een pijp (in liters) van één meter weten: Formule: pi x r2 /10 Pi = 3,14 r = De straal. Dit is de helft van de binnendiameter. Stel dat we een standaard pvc pijp van 50 mm als uitgangspunt nemen. De binnendiameter is 45 mm. 3,14 x (4,52/2)2 /10 = 1,60 liter. We willen 15 m3 Netto per uur verpompen. We weten dat we door opvoerhoogte op een lagere Netto Flow zullen uitkomen. Als voorbeeld gaan we daarom uit van bovenstaande pomp X. 20 m3 per uur betekent 5,56 liter per seconde (20000/60/60). De snelheid waarmee het water door de pijp gaat is dus 5,56 / 1,60 is ongeveer 3,5 meter per seconde. Hiermee zitten we op meer dan het dubbele van het gewenste maximum van 1,5 meter. Conclusie: Met een pijp van 50 mm is het zeer inefficiënt om 20 m3 water per uur te verplaatsen. Hieronder vindt u een tabel die weergeeft welke diameter leiding u wél nodig heeft om de snelheid onder de 1,5 meter per seconde (in blauw weergegeven) of zelfs onder de 1 meter per seconde (in groen weergegeven) te houden. Alle pijpen zijn op basis van 10 ATO.

Hier blijkt dat we bij een pijp van 90 mm, per strekkende meter een weerstandsverlies hebben (uitgedrukt in opvoerhoogte) van 1,4 centimeter. De blauwe kleur geeft aan we goed zitten. Een 50 mm pijp zou ons diep in de rode zone brengen met een weerstandsverlies van 27 cm per strekkende meter.

In ons voorbeeld, waarbij we uitgingen van vijf meter pijp, levert dit dus een weerstandsverlies van slechte 5 x 1.4 cm = 7 cm opvoerhoogte op. Bij een 50 mm pijp was dit echter 5 x 27 = 135 cm geweest. Een verschil dus van 128 cm. Uit het bovenstaande pompdiagram blijkt dat dit ruim 4 kubieke meter extra NF verlies zou betekenen! We geven expres het voorbeeld van 50 mm omdat dit, zonder dat er over nagedacht wordt, vaak als standaard wordt gebruikt.
Overige weerstanden: Met alleen opvoerhoogte en leidingweerstand zijn we er nog niet. Bochten, kranen, T-stukken, UV-lampen enzovoort hebben elk hun specifieke weerstanden. Hieronder volgen twee tabellen met het meest gebruikte materialen. De eerste tabel geeft weerstanden weer in meters pijp. Deze moeten dus nog vermenigvuldigd worden met het verlies in opvoerhoogte per strekkende meter. Dit laatste getal weten we uit de vorige berekening.

In ons voorbeeld gingen we twee keer 90 graden en één keer 45 graden de bocht om, gebruikten twee schuifkranen en een T-stuk rechtdoor. Pijplengteverlies in meters:

• Bochten 90º : 2 stuks x 0,46 meter = 0,92 meter
• Bochten 45º : 1 stuks x 0,12 meter = 0,12 meter
• Schuifkranen : 2 stuks x 0,05 meter = 0,10 meter
• T-stuk rechtdoor : 1 stuks x 0,27 meter = 0,27 meter
• Inlaat vanaf pomp : 1 stuks x 1,00 meter = 1,00 meter
• Uitlaat naar de vijver : 1 stuks x 2,00 meter = 2,00 meter
• Totaal pijplengteverlies : 4,41 meter.

Totaal opvoerhoogteverlies door bochten en kranen 4,41 x 1,4 cm = 6.2 cm De volgende tabel is direct weergegeven in opvoerhoogteverlies:

Als UV lamp kiezen we de TMC 110 met een voor ons een maximale doorstroom van 20 kubieke meter per uur. Ons TOV is dus als volgt:

• Werkelijke opvoerhoogte: 50,0 cm
• Leidingweerstand: 7,0 cm
• Bochten, kranen, T-stuk, in- en uitlaat: 6,2 cm
• UV lamp: 65,0 cm
• Totaal Opvoerhoogte Verlies 128,2 cm

Wanneer we de 128,2 cm TOV afzetten in de grafiek blijken we een NF van ongeveer 16 kubieke meter over te houden. Hiermee voldoet pomp X aan het beoogde doel van minimaal 15 kubieke meter NF, welke we als ondergrens wilde vasthouden. Een te smalle retourleiding had ons ver onder de 15 m3 NF gehouden waardoor we een zwaardere pomp zouden moeten aanschaffen.