Of het nu gaat om druk te leveren voor membranen, om een overstroomde kelder leeg te pompen of om warm water rond te pompen in een CV-systeem: pompen heb je op veel plekken nodig. Sterker nog: maar liefst zo’n 10% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik komt op het conto van pompen. Wat is een pomp eigenlijk? Waar dient hij voor, en waarom zijn diverse soorten metalen, technische keramiek, kunststoffen en rubber daarvoor belangrijk?

Een pomp is een apparaat waar je energie in stopt (bijvoorbeeld elektrische stroom of diesel) met als doel om een vloeistof of gas sneller te laten stromen, op een hogere druk te brengen of naar een grotere hoogte te brengen. Pompen gebruik je om rioolwater naar de rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI) te verpompen als dat niet met natuurlijk verval gaat. En pompen gebruik je ook om de waterdruk op hogere verdiepingen te verhogen, om daar ook water uit de kraan te kunnen tappen als de druk vanuit het gemeentelijke waterleidingsysteem tekortschiet. In de praktijk moet je de toegevoerde energie ook gebruiken om stromingsverliezen in leidingen na de pomp te overwinnen.

Vergelijk verpompen maar met fietsen vanuit de Achterhoek naar de Hoge Veluwe en terug. De heenweg kost meer energie want je moet tegen de wind in fietsen – in Nederland is het doorgaans westenwind – en je moet ‘omhoog’ fietsen – want de Hoge Veluwe ligt hoger dan de Achterhoek. Terugweg gaat sneller, want je gaat van de wind af, en naar beneden.

Gassen of dampen verschillen van vloeistoffen doordat je de eerstgenoemden wel kunt samendrukken, en doordat ze een lagere dichtheid hebben waardoor ze minder beïnvloed worden door de zwaartekracht.

Debiet en opvoerhoogte
De output die een pomp levert uit zich in de stroomsnelheid van het stromende medium, of in de druk die je met de pomp kunt bereiken. Als de deze druk omwerkt tot de hoogte tot waartoe je water of een andere vloeistof kunt verpompen, dan spreek je van opvoerhoogte. In een capaciteitscurve van een pomp staat grafisch de opvoerhoogte tegen het debiet uitgezet. Beide zijn afhankelijk van elkaar: een hoog debiet gaat gepaard met een geringe opvoerhoogte, en een laag debiet met een grote opvoerhoogte. Immers, de energie die een pomp aan het medium meegeeft om sneller te stromen kan niet worden gebruikt om de druk te laten toenemen.

Als je twee dezelfde pompen hebt dan kun je het totale debiet verdubbelen bij gelijkblijvende druk door de pompen parallel te schakelen. En op een vergelijkbare manier gaat de totale druk omhoog bij gelijkblijvend debiet door de pompen in serie te schakelen. In analogie met elektrisch vermogen dat het product is van spanning en stroomsterkte, is het pompvermogen gelijk aan debiet maal druk.

Centrifugaalpompen en verdringerpompen
In de praktijk zijn er twee soorten pompen om gassen of vloeistoffen te verpompen: met centrifugaalpompen of met verdringerpompen. Bij het centrifugaalprincipe ‘slaat’ een ronddraaiende waaier met schoepen het medium naar buiten weg, waarbij een motor deze waaier aandrijft. Het medium komt de pomp binnen bij het midden van de waaier en verlaat de pomp versneld aan de buitenzijde. De mechanische energie van de waaier wordt omgezet in kinetische (snelheidstoename) en potentiële energie (druktoename) van het medium. De centrifugaalpomp is een veelgebruikt pomptype: in de chemische industrie om chemicaliën te verpompen, bij het transport van water in de watervoorziening en de afvalwaterzuivering, en ook voor waterdrukverhoging en CV-circulatie binnen gebouwen – om maar een paar toepassingen te noemen.

Bij het verdringingsprincipe verplaatst een zuiger of tandwiel het medium, waarbij een motor de zuiger of het tandwiel laat bewegen. Dit gaat net als bij een zuiger in een verbrandingsmotor van een auto. In een eerste slag zuigt de zuiger het medium door de zuigingang naar binnen, en in een vervolgslag perst de zuiger het medium via de persuitgang naar buiten. Meerdere ‘slagen’ na elkaar van deze periodieke, discrete stappen levert een behoorlijk continue vloeistof- of gasstroming. Bij gebruik van tandwielen gaat het op dezelfde manier, waarbij de ruimte tussen de tanden van twee in elkaar grijpende ronddraaiende tandwielen het slagvolume bepaalt. Een vacuümpomp is eigenlijk een ‘omgekeerde’ pomp, waarbij de perszijde aan de ingang zit en de zuigzijde aan de uitgang.

Materialen voor pompen
Een pomp is bedoeld om een bepaald gas, damp of vloeistof te verpompen, waardoor dat medium de materiaalkeuze bepaalt. Dat geldt uiteraard voor de delen die direct met het medium in contact komen. Deze materialen moeten slijtvast genoeg zijn om tegen schurende deeltjes in een vloeistof te kunnen, zoals bij het verpompen van water met zand of kleine kiezels. En wanneer organische oplosmiddelen of corrosieve gassen worden verpompt, moet de pomp hier chemisch bestand tegen zijn. En als de te verpompen media een hoge temperatuur hebben, moeten de pompmaterialen hier ook tegen kunnen.

Pompdelen die direct met het medium in aanraking komen zijn het pomphuis met daarin de zuiger of waaier, maar ook de aanvoerleiding (zuigleiding) en de afvoerleiding (persleiding). Typische materialen voor het pomphuis zijn metalen als gietijzer of roestvast staal, en (vezelversterkte) kunststoffen als polypropyleen. Waaiers en zuigers hebben ook (roestvast) staal als basis, en zijn soms voorzien van slijtvaste keramische deklagen.

Mechanische asafdichting
De aandrijfmotor en de bewegende onderdelen in het pomphuis zijn via een pompas van metaal of keramiek aan elkaar gekoppeld. Een mechanische asafdichting wordt gebruikt om te zorgen dat het verpompte medium niet via deze pompas naar buiten lekt. Eén roterend afdichtingsvlak dat in een ringvorm op de roterende pompas zit wordt door middel van een veer geduwd tegen een ander stationair afdichtingsvlak dat op het pomphuis zit, met een dunne, smerende laag vloeistof tussen beide afdichtingsvlakken – wat soms het verpompte medium zelf is. Siliciumcarbide is een veelgebruikt hard en slijtvast materiaal voor beide afdichtingsvlakken. Door de hoge thermische geleidbaarheid kan siliciumcarbide de wrijvingswarmte gemakkelijk afvoeren, en door de lage thermische uitzettingscoëfficiënt blijft het materiaal stabiel bij (plotselinge) temperatuurswisselingen. Als secundaire afdichting bij de mechanische asafdichting, om het ene afdichtingsvlak vloeistofdicht met de pompas te verbinden en het andere afdichtingsvlak vloeistofdicht met het pomphuis, worden rubberen o-ringen gebruikt – vanwege de elasticiteit van het materiaal.

Mechanische asafdichting van een pomp

Bij gebruik van een elektromotor om de pomp aan te drijven zijn koperdraad rondom een ijzeren cilinder voor elektromagneten toepasbare materialen, of ferriet of neodymium-ijzer-boor voor permanente magneten.

Het hypocaustum uit de Romeinse tijd is een vloerverwarming avant la lettre. Hierbij verwarmde een centrale stookplaats in de kruipruimte de lucht, die als hete lucht onder de hele vloer werd verspreid. Tegenwoordig zorgen centrifugaalpompen voor de circulatie van warm water in vloerverwarming of centrale verwarming.