ความต้องการการปั๊ม

ปั๊ม
(Pumps)

ความต้องการการปั๊มสูบ

ความต้องการกระบวนการผลิตมีมากขึ้นทั้งด้านคุณภาพของผลิตภัณฑ์ และความสามารถทำกำไรในกระบวนการผลิต ในอดีต มักมีการปล่อยให้ของเหลวไหลผ่านสู่โรงงานตามแรงดึงดูดของโลก แต่ในปัจจุบัน ของเหลวถูกขับส่งผ่านท่อส่งยาวด้วยวาล์วหลายตัว ผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องกรอง และอุปกรณ์อื่นๆ ที่มักจะมีแรงดันในอัตราการไหลสูงสม่ำเสมอ ดังนั้น ทำให้ต้องใช้ปั๊มสูบส่งเป็นจำนวนมากในส่วนต่างๆ ของโรงงาน ความต้องการที่ต้องมีปั๊มแบบที่ถูกต้อง ในจุดที่เหมาะสมจึงกลายเป็นความสำคัญมากยิ่งขึ้น และอาจก่อปัญหาขึ้นมากมายหากติดตั้งผิดตำแหน่ง จึงได้สรุปรวมไว้ดังหัวข้อต่อไปนี้

• การติดตั้งปั๊ม
• ผลิตภัณฑ์ที่ต้องสูบส่ง
• การเลือกชนิดและขนาดของปั๊ม ควรคำนึงถึง
  - อัตราการไหล
  - ผลิตภัณฑ์ที่ต้องสูบส่ง 
  - ความหนืด
  - ความหนาแน่น
  - อุณหภูมิ
  - แรงดันในระบบ
  - วัสดุในปั๊ม                          
  

ปั๊มที่ใช้ในอุตสาหกรรมนม เป็นแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (Centrifugal) วงแหวนดันส่งของเหลว (Liquid ring) และแบบลูกสูบดันส่ง (Positive displacement)ทั้งสามแบบใช้ในงานที่แตกต่างกัน

          ปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง แสดงตัวอย่างไว้ในภาพที่ 6.7.1 และ 6.7.2
ส่วนใหญ่ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืดต่ำ แต่ไม่สามารถใช้กับของเหลวที่มีอากาศอยู่มาก ปั๊มแบบวงแหวนของเหลวใช้เมื่อมีปริมาณอากาศมาก แบบลูกสูบดันส่งใช้สำหรับกรรมวิธีแบบนุ่มนวลและมีความหนืดสูง

 

                                                                      

 

เฮด (ความดัน)

เมื่อเลือกปั๊ม ต้องจำไว้เสมอว่าเฮด (H) ที่แสดงไว้ในแผนผังเป็นเฮดของปั๊ม เมื่อมีของเหลวไหลผ่านปั๊ม โดยไม่มีแรงดูดส่งเข้าทางด้านนำเข้าเพื่อให้ได้ค่าความดันที่แท้จริงหลังปั๊ม มีความจำเป็นต้องพิจารณาสภาพเงื่อนไขทางด้านดูดส่งเข้าของปั๊มด้วย ถ้ามีสุญญากาศทางด้านสายดูดส่งเข้า ปั๊มต้องทำงาน
ส่วนนั้นด้วยก่อนที่จะถึงส่วนของเหลว ดังนั้นความดันทางด้านส่งออกจะต่ำกว่าที่แสดงไว้ในแผนผัง

ในทางกลับกัน ถ้าทางด้านสายดูดส่งเข้า มีของเหลวท่วมอยู่แล้ว กับมีค่าแรงดันส่งที่ด้านส่งเข้าปั๊ม ทางด้านส่งออกของปั๊มก็จะมีแรงดันสูงกว่าค่าที่แสดงในตาราง

 

PSH- Net Positive Suction Head เฮดสุทธิที่หัวสูบ

ตามที่กล่าวมาแล้ว ในการวางแผนติดตั้งปั๊ม มีความสำคัญที่ต้องวางให้สายท่อดูดต่างๆ ของปั๊มไม่ก่อให้เกิดโพรงว่างของแรงดูด เส้นโค้ง NPSH ที่แสดงในภาพที่ 6.7.3 ค่า NPSH ของปั๊มหนึ่ง เป็นค่าแรงดันส่วนเกินที่จำเป็นที่สูงกว่าค่าความดันไอของของเหลวที่ต้องการ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดโพรงว่างของแรงดูด ที่เรียกว่า NPSHreq ก่อนที่จะใช้สิ่งนี้จะต้องคำนวณค่า NPSH ที่ให้ไว้ของสายดูดเข้าในเงื่อนไขที่เป็นตัวกำหนดให้ ในการทำงานอยู่นี้ ค่า NPSHav นี้ ต้องเท่ากับหรือสูงกว่าค่า NPSH ที่ต้องการ ซึ่งเป็นค่าตามแผนภาพ

                                            

ปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง

หลักการทำงานของปั๊มของเหลวที่เข้าสู่ปั๊มจะส่งตรงเข้าสู่ศูนย์กลาง (ตา) ของใบพัดหมุน และถูกจัดการเคลื่อนที่เป็นวงกลมด้วยปีกของใบพัด ดังแสดงในภาพที่ 6.7.8 ผลก็คือ เกิดแรงเหวี่ยงแบบหนีศูนย์กลาง และจากการเคลื่อนของใบพัด จะส่งของเหลวจากใบพัด ที่แรงดันส่งและความเร็วสูงขึ้นมากกว่าเมื่อแรกเข้าสู่ (ตา) ของใบพัด ความเร็วส่วนหนึ่งกลายเป็นแรงดันในเสื้อปั๊มก่อนที่ของเหลวจะออกจากปั๊มทางส่วนต่อเชื่อมด้านส่งออก

แผ่นใบพัดจัดรูปแบบเป็นช่องในปั๊ม แผ่นใบพัดโดยทั่วไป จะเป็นรูปเส้นโค้งสู่ด้านหลังแต่อาจจะเป็นรูปเส้นตรง ในปั๊มขนาดเล็ก

                                                

 

มีการออกแบบพิเศษเช่น ใบพัดหลายใบและเสื้อสูบแบบพิเศษ แผ่นรองที่หนาผนึกเพลาแบบภายในที่ถูกหลักสุขลักษณะ ดังแสดงในภาพที่ 6.7.10 มอเตอร์สามารถใช้ได้ทั้งแบบมาตรฐานและแบบพิเศษ ขึ้นอยู่กับแรงดันขาเข้า

                                                        

ปั๊มแรงเหวี่ยงแบบหนีศูนย์กลางแบบหล่อน้ำเอง

เป็นชนิดที่ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับการใช้งานกับผลิตภัณฑ์ที่มีอากาศปนอยู่ เช่นระบบขากลับของ CIP ลักษณะเป็นปั๊มมาตรฐานที่ต่อพ่วงกับถัง 1 ใบพร้อมกับวาล์วป้องกันการไหลกลับและท่อแยกถ้าต้องการสูบแค่ของเหลว มันจะทำงานแบบปกติทั่วไป แต่เมื่อใช้งานกับระบบที่มีอากาศหรือก๊าซ ถังพ่วงและวาล์วป้องกันการไหลกลับจะทำให้เกิดสภาพสุญญากาศและทำการไล่อากาศออกจนกระทั่งเหลือแค่ของเหลว จากนั้นก็จะกลับไปทำงานในสภาพปกติ

 

การใช้งานของปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง

ปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเป็นที่นิยมใช้กันมากที่สุดในอุตสาหกรรมผลิตนมและเหมาะกับการเลือกใช้ หากพิจารณาแล้วว่าเหมาะสมกับงานที่ต้องการ เหตุผล
หนึ่งก็คือ ราคาไม่สูง การจัดซื้อ การใช้งานสะดวกและบำรุงรักษาง่าย อีกทั้งยังเป็นปั๊มที่สามารถปรับให้เข้ากับงานและเงื่อนไขต่างๆ ได้มากที่สุด

สามารถใช้ปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางในการสูบของเหลวได้ทุกชนิดที่มีความหนืดต่ำ ซึ่งไม่ต้องการการดูแลเป็นพิเศษ สามารถใช้กับของเหลวที่มีอนุภาคขนาด
ใหญ่พอประมาณได้ แน่นอนที่สุด ขนาดของอนุภาคต้องไม่ใหญ่กว่าขนาดของช่องในระหว่างใบพัดของปั๊ม

ข้อเสียของปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางคือ ไม่สามารถใช้สูบของเหลวที่มีอากาศปนอยู่มาก เพราะจะเกิดการขาดช่วง (กระแสไหลขาดตอน) และทำงานต่อ
ไม่ได้ ทำให้ต้องหยุดปั๊ม และเติมของเหลวลงไป จึงจะทำงานต่อไปได้ จากสาเหตุนี้ปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (ซึ่งไม่ได้เป็นเครื่องแบบหล่อน้ำเอง) และท่อดูด
พร้อมกับห้องเสื้อสูบจะต้องมีของเหลวเติมไว้เต็มก่อนเริ่มทำงาน ดังนั้น ในการติดตั้งจึงต้องวางแผนไว้อย่างดี

การควบคุมกระแสไหล

มีความเป็นไปได้ แม้จะไม่บ่อยนัก ที่จะเลือกใช้ปั๊มมาตรฐานให้เหมาะสมกับกำลังผลิตอย่างพอดิบพอดี ดังนั้น การปรับแต่งจึงมีความจำเป็น โดยมีวิธีการดังนี้

• ปรับด้วยวาล์วเปิดปิด ซึ่งมีความยืดหยุ่นได้ดี แต่ไม่ประหยัด
• ลดเส้นผ่าศูนย์กลางของใบพัดลง มีความยืดหยุ่นน้อย แต่ประหยัด
• ชุดควบคุมความเร็ว ยืดหยุ่นดี และประหยัด

ทางเลือกทั้งสามทาง ได้อธิบายไว้ในภาพที่ 6.7.12

         

เฮดและแรงดัน

ความหนาแน่น 
เฮดในหน่วยเมตรของความสูงของเหลวในคอลัมน์ จะเป็นอิสระต่อความหนาแน่นของของเหลวที่กำลังสูบอยู่ อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อแรงดันที่จ่ายทิ้งออก และต่อพลังงานที่ใช้

หลักการคือ หากใช้ปั๊มและสารที่มีความหนืดแบบเดียวกัน ในกรณีต่างๆ กันส่วนสูงที่อ่านค่าได้ในช่องของเหลวจะสูงเท่ากัน (เช่น 10 เมตร) โดยไม่คำนึงถึงค่า
ความหนาแน่น เฮดของปั๊มจะเป็นความสูงเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ความหนาแน่นของของเหลวที่ต่างกัน จะส่งผลค่าแรงดันที่หน้าปัดที่อ่านได้จะผันแปรตามไปด้วย
ดูภาพที่ 6.7.14 ประกอบ

                                                         

เฮดเป็นเมตรของความสูงของน้ำในคอลัมน์ เกิดจากผลคูณเฮดของของเหลวกับความถ่วงจำเพาะสัมพัทธ์ปั๊มต้องทำงานหนักมากขึ้น สำหรับของเหลวที่หนักมากกว่า กำลังที่ต้อง
เปลี่ยนแปลงเป็นสัดส่วนกับความหนาแน่น ถ้าในตัวอย่างที่ A ต้องการ 1 กิโลวัตต์ดังนั้น ในตัวอย่างที่ B จะต้องการใช้กำลังเป็น 1.2 กิโลวัตต์ และตัวอย่างที่ C ใช้เพียง 0.8 กิโลวัตต์ ข้อควรจำ ในแผนผังเส้นโค้งของปั๊ม เฮดมักจะมีค่าเป็นหน่วยเมตรของความสูงของของเหลวในคอลัมน์ และค่ากำลังไฟฟ้าคิดจากของเหลวที่เป็นน้ำที่มีความหนาแน่น 1.0 หมายถึง สำหรับการปั๊มของเหลวที่มีความหนาแน่นสูงกว่าค่ากำลังไฟฟ้าที่ได้จากเส้นกราฟ จะต้องคูณด้วยค่าความหนาแน่นของของเหลวด้วย

 

ความหนืด

ของเหลวที่มีความหนืดสูง จะสร้างแรงต้านทานต่อกระแสไหลสูงกว่าความเหลวที่มีความหนืดต่ำ เมื่อทำการสูบของเหลวที่มีความหนืดสูง อัตราการไหลและเฮดจะลดลงและต้องการกำลังเพิ่มมากขึ้น เพราะการเพิ่มของความต้านทานกระแสไหลในส่วนใบพัดและในเสื้อปั๊ม

                                                  

 

ปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง สามารถทำงานได้กับของเหลวที่มีความหนืดค่อนข้างสูง แต่ก็ไม่ควรเลือกใช้ ถ้าความหนืดสูงมากเกินไปกว่า 500 เซนติพอยส์
เพราะต้องการกำลังเพิ่มขึ้นอย่างสูงในระดับดังกล่าว

 

ปั๊มแบบวงแหวนของเหลว
ปั๊มแบบวงแหวนของเหลว ตามภาพที่ 6.7.15 และ 6.7.16 เป็นระบบที่หล่อน้ำเองได้ในกรณีที่เสื้อสูบมีของเหลวอยู่ครึ่งหนึ่งเป็นอย่างน้อย และสามารถทำงานกับของเหลวที่มีปริมาณก๊าซสูง หรือมีอากาศมาก

                                                   

 

ปั๊มประกอบด้วยใบพัดหลายใบ ที่เป็นเส้นตรงวางตามแนวรัศมี (4) หมุนอยู่ในเสื้อสูบ ช่องส่งเข้า ช่องส่งออก และมอเตอร์ขับส่ง จากทางด้านส่งเข้า (1) จะนำ
เข้าของเหลวในระหว่างใบพัด เร่งความเร็ว และส่งออกตามทิศทางของขอบเสื้อสูบเกิดเป็นรูปวงแหวนของเหลว ซึ่งจะมีอัตราเร็วเช่นเดียวกันกับรอบการหมุนของใบพัดในการทำงาน เสื้อสูบจะมีช่องตื้นที่ตำแหน่งจุดที่ 2 ช่องนี้จะลึกลงและกว้างออกตามลำดับเมื่อเข้าใกล้จุดที่ 3 และจะกลับตื้นขึ้นอีกครั้งสู่จุดที่ 6 เมื่อของเหลว
ถูกส่งด้วยใบพัด ช่องดังกล่าวจะถูกเติมให้เติมเป็นการเพิ่มขึ้นของปริมาตรที่มีสำหรับของเหลวในระหว่างใบพัด จึงส่งผลให้เกิดสุญญากาศในส่วนกลาง ทำให้
ของเหลวถูกดึงมามากขึ้น เข้าสู่พื้นที่ว่างจากสายดูด เมื่อผ่านจุดที่ 3 ปริมาตรระหว่างใบพัดจะลดลง เพราะช่องกลายเป็นตื้นขึ้นจะดันส่งของเหลวสู่ส่วนกลางและเพิ่มแรงดัน และปล่อยของเหลวออกทางออกจุดที่ 7 สู่ส่วนส่งออกของปั๊มจุดที่ 5 อากาศในสายดูดจะถูกสูบในลักษณะเดียวกันกับของเหลว

 

การใช้งาน

สำหรับอุตสาหกรรมนม ปั๊มแบบวงแหวนของเหลว ใช้กับผลิตภัณฑ์ที่มีปริมาณอากาศหรือก๊าซมาก ดังนั้นปั๊มแบบแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจึงใช้ไม่ได้ ช่องว่างระหว่างใบพัดและเสื้อสูบที่แคบ ทำให้ปั๊มชนิดนี้ไม่เหมาะสมกับการใช้งานกับผลิตภัณฑ์ที่มีสารหยาบคมงานที่นิยมใช้กันคือ ในการทำความสะอาดในสายการผลิต CIP สูบส่งกลับสำหรับสารละลายทำความสะอาดถัง เนื่องจากสารละลายจาก CIP จะมีปริมาณอากาศอยู่มาก

 

ปั๊มแบบดันส่งและแทนที่

หลักการทำงานของปั๊ม

ปั๊มในกลุ่มนี้ทำงานในหลักการของแรงดันขับส่ง แยกออกเป็น 2 ประเภทหลักคือ แบบหมุนเวียนและแบบรับส่งกัน (Rotary Pumps and Reciprocating Pumps) แต่ละประเภทมีชนิดย่อยๆ อีกหลายชนิด

หลักการทำงานของปั๊มแบบดันส่งและแทนที่ คือ ในแต่ละรอบหมุนหรือแต่ละครั้งของการเคลื่อนรับส่งกัน ปริมาณที่แน่นอนของของเหลวถูกปั๊มโดยไม่คำนึงถึงเฮด

อย่างไรก็ตาม ที่ความหนืดต่ำอาจมีการลื่นหลุดหรือรั่วซึมอยู่ภายใน ขณะแรงดันเพิ่มขึ้น สิ่งนี้จะลดอัตราการไหลต่อรอบการหมุนหรือต่อการชักส่ง การลื่นหลุด
จะลดลงจากความหนืดที่เพิ่มขึ้น

คอคอดส่วนส่งออกของปั๊มแบบดันส่งและแทนที่ จะเพิ่มแรงดันอย่างสูงมากดังนั้นจึงมีความสำคัญที่ว่า

1. จะต้องไม่ติดวาล์ว อยู่ด้านหลังปั๊ม
2. ปั๊มจะต้องติดตั้งวาล์วลดแรงดันที่ติดตั้งอยู่ในปั๊ม หรือเป็นวาล์วสำหรับปรับกระแสข้ามไป (by-pass pump)

การควบคุมกระแสไหล

อัตราการไหลของปั๊มแบบดันส่งและแทนที่ โดยทั่วไปควบคุมโดยเครื่องปรับแต่งความเร็ว การปรับแต่งช่วงดันส่งของปั๊มแบบรับส่งก็เป็นไปได้เช่นกัน

ขนาดของท่อและความยาว

เมื่อจะต้องสูบผลิตภัณฑ์ที่มีความหนืดสูง ต้องเอาใจใส่อย่างยิ่ง ในการกำหนดขนาดของท่อในงานวางท่อ ปั๊มต้องติดตั้งไว้ใกล้ถังผลิตภัณฑ์ที่จะป้อนเข้าสู่ปั๊ม และขนาดของท่อต้องใหญ่ มิฉะนั้น ความดันที่ตกลงจะสูงมากที่ปั๊มจะเกิดโพรงว่างของของเหลว Cavitation ลักษณะเช่นเดียวกันนำไปใช้กับด้านส่งออก ความดันจะสูงมากถ้าท่อยาวและแคบ

ปั๊มแบบลูกเหวี่ยง

ปั๊มแบบลูกเหวี่ยง ตามภาพที่ 6.7.18 มีลูกหมุนอยู่สองลูก โดยทั่วไปในหนึ่งลูกหมุนจะมี 2-4 ลูก สุญญากาศถูกสร้างที่ด้านส่งเข้า เมื่อส่วนลูกหมุนหมุนไป สุญญากาศดึงของเหลวเข้าสู่ปั๊ม ของเหลวจะเคลื่อนไปตามเส้นรอบวงของเสื้อสูบสู่ด้านจ่ายออก ณ จุดนั้น ปริมาตรจะลดลงและของเหลวจะถูกขับส่งออกผ่านช่องทางด้านส่งออก และ ปริมาตรจะลดลงที่จุดนี้ และของเหลวถูกขับส่งออกผ่านทางด้านส่งออก ปรากฏการณ์ต่างๆ ได้แสดงในภาพที่ 6.7.18

ลูกหมุนจะถูกขับส่งอย่างอิสระ โดยส่วนส่งจังหวะแรงขับ Timing Gear ที่ด้านหลังของปั๊ม ลูกหมุนจะไม่สัมผัสกันและกัน และไม่สัมผัสกับเสื้อปั๊ม แต่ช่องห่างระหว่างชิ้นส่วนทั้งหมดแต่ละชิ้นแคบมาก

                                                                             

การใช้งาน

ปั๊มแบบนี้มีประสิทธิภาพเชิงปริมาตร 100% (ไม่เลื่อนไหล) เมื่อความหนืดเกินค่าโดยประมาณ 300 cP เพราะการออกแบบทางสุขอนามัย และมีกรรมวิธีที่นุ่มนวล
กับผลิตภัณฑ์ ปั๊มชนิดนี้จึงใช้กันอย่างกว้างขวางสำหรับสูบครีมที่มีปริมาณไขมันสูงผลิตภัณฑ์นมบ่มหมัก ผลิตภัณฑ์นมเปรี้ยว/ผสมหางนม

ปั๊มแบบลูกเบี้ยวเกลียวหมุน

ปั๊มจะมีน้ำหนักเบากว่าแบบลูกเหวี่ยง ใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ของเหลวที่มีความหนืดต่ำ ไม่จัดว่าเป็นแบบสุขอนามัยสูงมาก เมื่อเทียบกับแบบลูกเหวี่ยง แต่ให้การทำงานที่นุ่มนวลต่อผลิตภัณฑ์ จัดเป็นแบบประเภทที่ใช้งานได้ระดับเดียวกับแบบลูกเหวี่ยงปั๊มแบบลูกเบี้ยวเกลียวหมุน ดังแสดงในภาพที่ 6.7.19 ไม่สามารถทำงานได้เมื่อแห้งแม้เพียงสองสามวินาที โดยไม่เกิดความเสียหาย