Pompă pentru apă abrazivă: materiale, rotoare și montaj care reduc uzura

O pompă pentru apă abrazivă trebuie aleasă după trei lucruri: cât de repede se mișcă apa prin ea, din ce material sunt piesele pe care le lovesc particulele și cât de ușor se înlocuiesc acele piese. O pompă de drenaj obișnuită, cu rotor din tehnopolimer și construită pentru apă curată, pierde repede debit pe un șantier cu nisip; cauza nu e calitatea ei, ci faptul că a fost făcută pentru altceva.

Articolul explică de ce se uzează pompele în apă cu nisip, ce materiale și ce rotoare rezistă și ce se poate face la montaj ca uzura să scadă fără să schimbi pompa.

Cum se uzează o pompă în apă cu nisip

Uzura unei pompe în apă abrazivă nu e un singur fenomen. Sunt trei, iar fiecare cere alt răspuns:

• Abraziunea prin alunecare apare acolo unde particulele sunt împinse pe o suprafață: pe fața paletelor, pe peretele carcasei, pe placa de uzură. Lasă suprafețe lustruite și subțiate uniform.
• Eroziunea prin impact apare acolo unde particulele lovesc un obstacol: muchia de intrare a paletelor, limba carcasei, coturile. Lasă ciupituri, șanțuri și muchii rotunjite.
• Eroziunea combinată cu coroziunea apare când apa e și agresivă chimic. Stratul protector al metalului e îndepărtat mecanic și se reface chimic, iar ciclul se repetă mult mai repede decât oricare dintre fenomene singur.

Mai există un al patrulea factor, care accelerează toate trei: jocul dintre rotor și carcasă. Pe măsură ce el crește prin uzură, o parte tot mai mare din apă recirculă din refulare înapoi în aspirație, cu viteză mare și cu particule cu tot. Pompa pierde debit și se uzează și mai repede exact în zona care era deja uzată.

Materiale pentru piesele în contact cu apa

Nu există un material bun pentru orice apă abrazivă. Fiecare rezistă la un tip de uzură și cedează la altul:

• Elastomerii lucrează prin deformare. Particula fină lovește cauciucul, acesta se deformează elastic și o respinge fără să piardă material. O particulă mare și ascuțită taie însă suprafața, iar avantajul dispare. De aceea căptușelile din elastomeri sunt alegerea obișnuită la nămoluri fine și nu la pietriș.
• Inoxul nu e un material anti-uzură. Se alege când apa corodează, nu când zgârie. În apă cu săruri și nisip, soluția e de obicei o combinație: carcasă rezistentă la coroziune și piese de uzură dure, înlocuibile. Detalii la pompe de epuisment din inox și la pompe submersibile din fontă.
• Etanșarea mecanică e piesa cea mai sensibilă. Pentru ape cu particule, fețele din carburi dure, precum carbura de siliciu pe carbura de siliciu, rezistă mult mai bine decât perechile cu grafit. Construcțiile cu etanșare dublă și cameră de ulei între ele protejează motorul chiar când etanșarea dinspre apă începe să cedeze.

Viteza decide cât de repede se uzează

Particula care lovește o suprafață îi transmite energie cinetică, iar energia crește cu pătratul vitezei. Măsurătorile de eroziune arată o dependență și mai abruptă: pentru majoritatea materialelor, rata de uzură variază aproximativ cu viteza la o putere între 2 și 3.

Consecința practică se calculează ușor. La o viteză de două ori mai mică, uzura scade la 0,5² = un sfert, dacă exponentul e 2, sau la 0,5³ = o optime, dacă e 3.

Legătura dintre înălțime și viteză vine din construcția pompei centrifugale. Înălțimea pe care o dă rotorul depinde de viteza periferică a paletelor: u = π · D · n ÷ 60. Un rotor de 150 mm la 2.900 rot/min are o viteză periferică de circa 22,8 m/s; același rotor la 1.450 rot/min are circa 11,4 m/s și dă aproximativ un sfert din înălțime.

Din asta rezultă trei reguli de alegere:

1. Nu cumpăra înălțime de care nu ai nevoie. O pompă care dă 20 m, montată să ridice apa 4 m, lucrează departe în dreapta curbei, cu debit și viteze interne mari. În apă curată asta înseamnă doar consum; în apă cu nisip înseamnă uzură rapidă.
2. Caută punctul de lucru aproape de randamentul maxim. În dreapta lui cresc vitezele din carcasă și de la intrare. În stânga lui apare recircularea la intrarea în rotor, care erodează muchiile paletelor.
3. Dacă pompa e prea mare pentru aplicație și nu se poate schimba, un variator de frecvență care îi reduce turația până la înălțimea necesară reduce și vitezele interne.

Într-o pompă pentru apă abrazivă, fiecare metru de înălțime cerut în plus se plătește în uzură. Viteza care produce înălțimea e aceeași viteză care macină rotorul.

Pompele construite special pentru ape încărcate au adesea motoare cu turație mai mică, rotoare mai groase și treceri mai largi decât pompele de drenaj obișnuite de aceeași mărime. Comparația pe familii e în articolul despre pompe de drenaj pentru apă curată și murdară.

Rotoare: ce geometrie tolerează nisipul

Forma rotorului decide câte particule trec printre palete și cu ce viteză le lovesc.

Vortex

Rotorul vortex e retras în spatele carcasei. Creează un vârtej în camera din fața lui, iar o mare parte din apă și din particule sunt antrenate fără să treacă printre palete. Tolerează foarte bine solidele și nisipul, cu prețul unui randament mai mic. E alegerea obișnuită pentru drenaj de șantier și apă cu nămol.

Semideschis, cu placă de uzură

Rotorul semideschis are palete fără disc frontal, iar etanșarea față de carcasă o face o placă de uzură. La modelele bune, jocul dintre rotor și placă se poate regla pe măsură ce se uzează, iar placa se înlocuiește separat. E un compromis bun între randament și toleranță la particule.

Închis, cu canale

Rotorul închis cu canale are randament mare, dar canale închise și jocuri strânse, care se uzează repede în apă cu nisip. Se folosește în apă abrazivă doar în construcții dedicate, cu pereți groși și materiale dure.

Tocător

Tocătorul e alegerea greșită pentru nisip. Muchiile de tăiere se tocesc, iar pompa ajunge să aibă și pasajul îngust al unui tocător, și mărunțirea proastă a unui tocător uzat. Diferențele sunt explicate în tocător sau rotor vortex.

Pentru sedimentele grele care stau pe fund, există și pompe cu agitator: un element montat sub rotor care ridică depunerile în suspensie ca să poată fi aspirate. Au sens când trebuie scos chiar sedimentul, nu doar apa de deasupra lui.

Montajul unei pompe pentru apă abrazivă

O parte mare din uzură se decide la montaj, nu la cumpărare:

• Pompa nu stă pe fundul gropii. Se așază pe o placă, pe cărămizi sau într-un coș perforat, ori se suspendă cu lanțul la o distanță mică de fund, ca să nu aspire direct sedimentul.
• Apa se decantează înainte, unde se poate. O groapă de colectare în care apa stă puțin înainte să ajungă la pompă lasă nisipul grosier să se depună acolo, nu în rotor.
• Sita de aspirație nu se înlocuiește cu una mai fină. O sită prea fină se colmatează repede și pompa ajunge să meargă cu aspirația strangulată. Regulile sunt la filtre și site pentru pompele de drenaj.
• Traseul de refulare e scurt, cu coturi largi. Coturile strânse concentrează impactul particulelor într-un punct care se perforează primul.
• Plutitorul are loc să se miște și nu stă în zona în care se adună nămolul, care l-ar ține blocat sus sau jos.
• Pompa nu merge în gol. Fără apă, etanșarea mecanică se încălzește, iar particulele rămase între fețe o distrug repede.

Viteza în conductă: nici prea mică, nici prea mare

În conductă, viteza are două limite. Prea mică, și nisipul se depune pe fundul țevii sau al furtunului până când îl astupă. Prea mare, și conducta se uzează în coturi, iar pompa trebuie să învingă pierderi mari.

Limita de jos pentru nisip se poate estima cu relația lui Durand pentru viteza de depunere: V ≈ F · √(2 · g · D · (s − 1)), unde D e diametrul interior, s densitatea relativă a nisipului (circa 2,65) și F un coeficient empiric, de ordinul unității pentru nisip mediu la concentrații mici.

Ce dă relația pe diametrele uzuale

Tabelul arată un lucru pe care intuiția îl ratează: într-o conductă mai groasă, nisipul are nevoie de o viteză mai mare ca să rămână în suspensie. Un furtun supradimensionat, ales ca să reducă pierderile, face ca apa să curgă prea încet și nisipul să se așeze. Pentru apă cu nisip, diametrul se alege cât mai apropiat de cel al racordului pompei, iar traseul se ține scurt. Calculul pentru debitul tău se face cu calculatorul de diametru, iar alegerea furtunului e detaliată la furtunuri și racorduri pentru pompe.

Valorile sunt estimări: coeficientul F depinde de granulație și concentrație și se citește din diagrame, deci tabelul arată ordinul de mărime și tendința, nu o limită exactă.

Exploatare și întreținere

În apă abrazivă, întreținerea nu e o chestiune de calendar, ci de observație. Ce merită urmărit:

1. Curentul absorbit. Notează-l la începutul lucrului, cu pompa nouă. O creștere, la același nivel de apă, indică de obicei frecare sau un blocaj parțial; o scădere însoțită de debit mai mic indică uzură sau o aspirație strangulată.
2. Debitul. Cronometrează umplerea unui vas de volum cunoscut. O scădere treptată arată jocuri crescute.
3. Jocul rotorului. La construcțiile cu placă de uzură reglabilă, reglajul la timp readuce debitul și încetinește uzura. Amânat, placa și rotorul se uzează împreună până nu se mai pot recupera.
4. Spălarea la oprire. Lasă pompa să meargă scurt în apă mai curată înainte de oprire sau ridic-o de pe fund, ca nisipul să nu se așeze în carcasă și în furtun.
5. Etanșarea. La pompele cu cameră de ulei, uleiul tulbure sau cu apă arată că etanșarea dinspre apă a început să cedeze; schimbarea la timp salvează motorul.

Pentru lucrul pe șantier, cu noroi și regim de funcționare lung, recomandările specifice sunt în articolul despre pompe pentru șantiere.

---

Citește și

• Pompe pentru șantiere rezistente la abraziune
• Diferența între pompe de drenaj pentru apă curată și murdară
• Pompe de epuisment din inox
• Pompe submersibile din fontă