Hydrofoil¶
Samenvatting¶
Een Hydrofoil Impeller is een energiezuinige impeller die speciaal is ontworpen om grote hoeveelheden vloeistof efficiënt te verpompen met zo min mogelijk energieverbruik. De bladen hebben een profiel dat lijkt op een vliegtuigvleugel, waardoor de vloeistof soepel wordt verplaatst en slechts beperkte turbulentie ontstaat.
Hydrofoil-impellers worden vooral toegepast voor laag- tot middelviskeuze vloeistoffen waarbij een grote circulatiestroom gewenst is. Ze worden veel gebruikt in de voedingsmiddelenindustrie, chemische industrie, waterbehandeling en farmaceutische processen.
Binnen Jongia behoren hydrofoil-impellers tot de meest toegepaste impellertypen vanwege hun hoge efficiëntie, lage energieverbruik en uitstekende mengprestaties.
Theorie¶
Wat is een Hydrofoil Impeller?¶
Een hydrofoil impeller bestaat meestal uit drie of vier speciaal gevormde bladen.
In tegenstelling tot een vlak blad heeft ieder blad een aerodynamisch profiel dat vergelijkbaar is met een vliegtuigvleugel.
Hierdoor ontstaat tijdens het draaien een efficiënte stroming met relatief weinig energieverlies.
Het doel van een hydrofoil is niet om maximale turbulentie te creëren, maar om zo veel mogelijk vloeistof te verplaatsen.
Hoe werkt een hydrofoil?¶
Wanneer de impeller draait, ontstaat een drukverschil over de bladen.
Hierdoor wordt de vloeistof:
- axiaal verpompt;
- gelijkmatig verdeeld;
- efficiënt gecirculeerd.
Doordat de stroming relatief rustig verloopt, wordt minder energie omgezet in turbulentie.
Dit maakt de hydrofoil bijzonder efficiënt.
Stromingspatroon¶
Een hydrofoil veroorzaakt voornamelijk:
- sterke axiale stroming;
- goede verticale circulatie;
- relatief weinig radiale stroming;
- beperkte turbulentie.
Hierdoor ontstaat een grote circulatielus in de tank.
Bij tanks met baffles wordt deze stroming verder verbeterd.
Waarom een Hydrofoil?¶
Een hydrofoil wordt gekozen wanneer:
- grote vloeistofvolumes moeten worden gecirculeerd;
- energieverbruik belangrijk is;
- productbeschadiging moet worden voorkomen;
- beperkte afschuifkrachten gewenst zijn.
In veel toepassingen levert een hydrofoil dezelfde of betere mengprestaties dan een traditionele propeller, maar met een lager energieverbruik.
Toepassingen¶
Hydrofoil-impellers worden veel gebruikt voor:
- opslagtanks;
- mengtanks;
- waterbehandeling;
- fermentatie;
- voedingsmiddelen;
- chemische processen;
- farmaceutische producten.
Ze zijn bijzonder geschikt voor laag- tot middelviskeuze vloeistoffen.
Toerental¶
Hydrofoils draaien meestal op middelhoge toerentallen.
Het exacte toerental hangt af van:
- tankdiameter;
- impellerdiameter;
- viscositeit;
- gewenste mengtijd.
In combinatie met een frequentieregelaar kan het toerental nauwkeurig worden afgestemd op het proces.
Energie-efficiëntie¶
Een belangrijk voordeel van hydrofoils is hun hoge hydraulische efficiëntie.
Hierdoor:
- wordt veel vloeistof verpompt;
- blijft het energieverbruik relatief laag;
- ontstaat minder warmteontwikkeling.
Voor grote installaties kan dit een aanzienlijke energiebesparing opleveren.
Shear (Afschuifkrachten)¶
Hydrofoil-impellers veroorzaken relatief lage afschuifkrachten.
Dit is gunstig voor producten die gevoelig zijn voor:
- beschadiging;
- schuimvorming;
- breuk van deeltjes;
- celbeschadiging.
Daardoor worden hydrofoils veel toegepast in biotechnologische en farmaceutische processen.
Hydrofoil versus Propeller¶
Hoewel beide impellers op elkaar lijken, zijn er duidelijke verschillen.
| Hydrofoil | Propeller |
|---|---|
| Speciaal vleugelprofiel | Eenvoudig bladprofiel |
| Zeer energiezuinig | Minder efficiënt |
| Lage shear | Hogere shear |
| Sterke axiale stroming | Goede axiale stroming |
| Grote circulatie | Meer lokale stroming |
Een hydrofoil levert vaak meer circulatie bij hetzelfde opgenomen vermogen.
Hydrofoil versus Turbine¶
| Hydrofoil | Turbine |
|---|---|
| Axiale stroming | Vooral radiale stroming |
| Lage turbulentie | Hoge turbulentie |
| Lage shear | Hoge shear |
| Circuleren | Dispergeren en mengen |
De keuze hangt af van het gewenste mengproces.
Materialen¶
Hydrofoil-impellers worden meestal vervaardigd uit:
- RVS 316L;
- Duplex;
- Hastelloy;
- titanium.
De materiaalkeuze wordt afgestemd op:
- corrosie;
- hygiëne;
- temperatuur;
- procesmedium.
Praktijk bij Jongia¶
Binnen Jongia worden hydrofoil-impellers veel toegepast in menginstallaties voor vloeibare producten met een lage tot middelhoge viscositeit. Tijdens de engineering worden de diameter, bladhoek, positie op de as en het toerental zorgvuldig afgestemd op de tankgeometrie en het gewenste stromingspatroon.
Hydrofoils worden vaak gecombineerd met een frequentieregelaar, zodat het toerental eenvoudig kan worden aangepast aan verschillende producten of recepturen. Dankzij hun hoge hydraulische efficiëntie zijn zij bijzonder geschikt voor installaties die continu in bedrijf zijn, waarbij energiebesparing een belangrijke rol speelt.
In combinatie met baffles kan een hydrofoil vrijwel de volledige inhoud van een tank in beweging brengen, waardoor een homogeen mengresultaat ontstaat zonder onnodig veel energie te verbruiken.
Veelgemaakte fouten¶
- Een hydrofoil en een propeller als hetzelfde beschouwen. Een hydrofoil heeft een speciaal bladprofiel dat aanzienlijk efficiënter is dan een standaardpropeller.
- Een hydrofoil toepassen voor zeer hoogviskeuze producten. Bij hoge viscositeiten zijn anchor-, gate- of helical ribbon-impellers meestal geschikter.
- Verwachten dat een hydrofoil hoge shear levert. De kracht van een hydrofoil ligt juist in efficiënte circulatie met beperkte afschuifkrachten.
- De tankgeometrie onderschatten. Zonder baffles kan een hydrofoil een draaiende vloeistofkolom (vortex) veroorzaken, waardoor de mengprestaties afnemen.
- Alleen naar de impeller kijken. De uiteindelijke prestaties worden bepaald door de combinatie van impeller, toerental, tankgeometrie, producteigenschappen en de complete aandrijflijn.