1. No category

10. Vätskors egenskaper
10.1 INTRODUKTION
Vätskor bildar tillsammans med gaser och fasta kroppar de former i vilka substanser förekommer i naturen. Man talar om
fast fas, vätskefas och gasfas.
En fast kropp, som belastas med en mycket liten tvärkraft, undergår - oavsett dess plastiska egenskaper - enbart en
elastisk deformation.
En fluid, som belastas med en godtyckligt liten tvärkraft, undergår en fortlöpande deformation i tiden. Detta sker oavsett
fluidens trögflutenhet. Hos fluiden är tvärkraftens storlek och deformationshastigheten kopplade till varandra. Vid en fast
kropp är det deformationen själv, som är relaterad till tvärkraften.
En fluid kan vara en vätska eller en gas. En vätska skiljer sig från en gas genom att den - i jämförelse med gasen - är i det
närmaste inkompressibel. Gas, vars tillstånd - tryck och temperatur - är sådant att gasen befinner sig nära den gräns, där
den övergår i vätskefas, brukar benämnas ånga.
En substans kan uppträda i alla tre faserna. Ett vanligt exempel på detta är is - vatten - vattenånga. Då is upphettas vid
konstant tryck, övergår isen till vatten vid smältpunkten och till ånga vid kokpunkten, ökas trycket på vattenångan vid
konstant temperatur övergår ångan till vatten vid mättnadstrycket (ångtrycket).
l ren vätska kan fasta partiklar uppslammas. En sådan vätska- ren vätska+partiklar - kallas för en suspension. Då
partiklarna - exempelvis vid transport i en rörledning-fördelar sig jämt i vätskan, talar man om ett homogent
strömningstillstånd och då koncentrationsgradienter uppträder om ett heterogent tillstånd.
Med lösningar avses vätskor, där en substans av ursprunglig fast, vätske- eller gasfas lösts upp i en ren vätska.
Två vätskor, som inte är lösliga i varandra, kan blandas genom mekanisk påverkan. En sådan blandning
benämnes emulsion.
Vätskor uppvisar sinsemellan mycket olika egenskaper. Följande vätskeegenskaper måste definieras vid
pumpning och återfinns för många olika vätskor i avsnitt 10.9:
•
•
•
•
•
Viskositet
Ångtryck, kokpunkt och smältpunkt
Densitet, volymutvidgning
pH-värde eller område
Brandklass, giftighet, vådlighet
Dessa egenskaper förändras under inverkan av:
•
•
•
Temperatur och tryck
Koncentration – blandningsförhållande
Halt av och storlek på fasta partiklar
10.2 VISKOSITET
Definition
Viskositet - flytförmåga, trögflutenhet - är en vätskeegenskap, som behandlas i ämnet reologi. Ordet reologi
kommer från grekiskans "rheos",som betyder flyta eller strömma.
Mellan två vätskeskikt, som rör sig med olika hastighet, utvecklas på grund av molekylära effekter ett
tangentialmotstånd - en skjuvspänning. Man säger att skjuvspänningen orsakas av vätskans inre friktion
eller omvänt- en vätska kan pga inre friktion överföra skjuvkrafter.
214
En vätska i rörelse deformeras fortlöpande genom skjuvspänningens inverkan. Skjuvspänningens storlek
beror på deformationshastigheten och på vätskans trögflutenhet – viskositet.
Viskositeten definieras vid skiktströmning - laminär strömning - av Newtons ansats.
Ekv 10.1
Figur 10.1 Definition av viskositet
Den dynamiska viskositeten anges i SI-systemet i enheten.
1 kg/m,s = 1 Ns/m
2
Andra förekommande enheter är
1 Poise = 1 P = 0,1 kg/m,s
eller
1 centipoise = 1 cP = 10-2 P = 10-3 kg/m,s
I strömningslärans rörelseekvationer för viskös strömning uppträder alltid den dynamiska viskositeten
dividerad med vätskans densitet. Denna parameter betecknas kallas kinematisk viskositet
Ekv. 10.2
215
SI-enheten för kinematisk viskositet är 1 m2/s
Som multipelenheter användes ibland
2
1 Stoke = 1 St = 10-4 m /s
eller vanligare
2
1 cSt = 10-2 St = 10-6 m/s = 1 mm /s
Vid enheten 1 cSt = 1 mm2/s erhåller kinematiska viskositeten för vatten av 200C och 1 bar talvärdet 1.
Newtonska vätskor
En vätska, som vid laminär strömning följer Newtons ansats och som har konstant viskositet - oberoende av
hastighetsgradient och tid - kallas för en newtonsk vätska.
Figur 10-2 Newtonsk vätska
Exempel på newtonska vätskor är: Vatten, lösningar med vatten, lågmolekylära vätskor, oljor och
oljedestillat. Även svartlut, talloljefettsyra uppför sig som newtonska vätskor.
Icke – newtonska vätskor
Vätskor, som inte uppfyller kraven för newtonska vätskor, kallas icke-newtonska vätskor. De flesta
högmolekylära vätskor, suspensioner och emulsioner uppvisar icke-newtonska egenskaper. Icke-newtonska
vätskor indelas vanligen i tre huvudgrupper.
I Tidsoberoende
pseudoplastiska
dilatanta
plastiska
II Tidsberoende
tixotropa
reopexa
irreversibla
III Viskoelastiska
216
Vätskor i grupp I påverkas ej av strömningsförloppets utsträckning i tiden. Skjuvspänningen är vid laminär
strömning och vid given temperatur entydigt bestämd av hastighetsgradienten.
I analogi med newtonska vätskor skrives
Ekv. 10.3
Figur 10.3 Tidsoberoende icke-newtonska vätskor
Vid pseudoplastiska vätskor minskar den ekvivalenta viskositeten med ökande hastighetsgradient.
Exempel:
Högmolekylära lösningar, gummi, latex, vissa smältor, majonäs
Vid dilatanta vätskor ökar den ekvivalenta viskositeten med ökande hastighetsgradient.
Exempel:
Bottensatsen i oljefärg, suspensioner med hög koncentration av finkorniga partiklar - cement, kalk, sand,
stärkelse.
Plastiska vätskor kräver en viss minsta skjuvspänning för att överhuvud taget börja flyta. Ekvivalenta
viskositeten avtar från ett oändligt högt värde med ökande hastighetsgradient.
Exempel:
Tandkräm, salvor, smörjfett, margarin, trycksvärta, pappersmassa, emulsioner.
Hos vätskor i grupp II - tidsberoende - påverkas den ekvivalenta viskositeten förutom av hastighetsgradienten
även av den utsträckning i tiden, som strömningsförloppet varar.
Figur 10.4 Illustration till tidsberoende icke newtonska vätskor
217
Vid tixotropa vätskor minskar 1 då strömningen startar. Då påverkan upphör återtar vätskan vätskan sin
ursprungliga viskositet efter en viss tid.
Exempel:
Målarfärg, geléartade livsmedel
Reopexa vätskor uppvisar ökande viskositet vid mekanisk påverkan och återtar sin ursprungliga viskositet
då påverkan upphör
Exempel:
Vissa gipssuspensioner
Irreversibla vätskors viskositet återbildas ej alls eller möjligen efter mycket lång tid efter det att påverkan
upphört. Dessa vätskor måste pumpas skonsamt.
Exempel:
Ostkoagel, youghurt, marmelad.
Grupp III - viskoelastiska vätskor - innehåller vätskor, som uppvisar både elastiska och viskösa egenskaper.
Viskoelastiska vätskor undergår såväl elastisk som viskös deformation. Då strömningen upphör sker en viss
elastisk återdeformation.
Exempel:
asfalt, smält nylon, gummi, polymera lösningar.
Kommentarer
•
Den dynamiska viskositeten är temperaturberoende. Ökande temperatur ger minskande viskositet. Vissa
vätskor måste värmas vid pumpning.
•
För den kinematiska viskositeten tillkommer densitetens beroende av temperaturen. Vid mycket höga
tryck > 20 Mpa kan ett visst tryckberoende för viskositeten observeras.
•
Förlustkoefficienter vid rörströmning är beroende av Reynolds tal, som i sin tur är beroende av den
dynamiska viskositeten.
•
Turbopumpars prestanda är beroende av Reynolds tal. Data är alltid angivna för vatten och måste
korrigeras vid pumpning av annan vätska. Vätskor med hög i viskositet pumpas bäst med
förträngningspumpar.
•
Viskositet definieras av sambandet skjuvspanning - hastighetsgradient vid laminär strömning. Vid
turbulent strömning påverkas detta samband av impulsutbytet mellan skikten orsakat av
vätskepartiklarnas överlagrade orhgelbundna rörelser.
•
I äldre måttsystem har viskositetsmått angivits i enheter baserade på speciella provmetoder t.ex Engler,
Saybolt och Redwood; I tabell 10.1 finns ett översättningsdiagram till SI-enheter
218
Tabell 10.1 Omräkningsdiagram för olika viskositetsenheter. (källa Pumpe Ståbi)
219
Penetration
För en del icke newtonska vätskor, t ex smörjfett och asfalt, ger viskositetsbestämning ej tillräcklig upplysning
om flytegenskaperna, komplettering med uppgifter om konsistens behövs. Dessa uppgifter erhålles genom
penetrationsbestämning. För fetter är penetrationen ett mått på konsistensen. Den är det djup i tiondels mm som
en kon tränger ner i en provkopp med fettprov värmt till 250C. Penetrationen är beroende av om konsistensen
förändrats genom omrörning, skakning eller liknande. Hårda fetter har låga penetrationstal medan mjuka fetter
har höga. Tillverkare av fetter anger penetrationstal för varje kvalitet t ex 240-325. Två smörjfetter kan vidare ha
samma penetrationstal, men ändå ha olika flytförmåga, beroende på den ingående oljans viskositet.
För asfalt utföres penetrationsbestämning vid 25°C på i princip samma sätt som för smörjfett, men med en
belastad nål i stället för kon. Mätvärdena används för klassificering av asfalt, vanliga penetrationstal är 10-50.
10.3 ÅNGTRYCK, KOKPUNKT OCH SMÄLTPUNKT
Ångtryck
Enhet Pa. Anges i kPa. Vätskor har en tendens att avdunsta. Över en vätska innesluten i en behållare bildas
ånga - gas -, som bygger upp ett tryck. Ångtrycket, är den kraft per ytenhet, som den förångade delen av
vätskan utövar på väggarna i behållaren.
Ångtrycket beror endast på temperaturen och ökar med stigande temperatur. Vätskans temperaturer är
tillordnade ett bestämt ångtryck. Detta förhållande framställs med s k ångtryckskurvor i ett temperatur tryckdiagram. Vätskor varierar i sin tendens att förångas, vätskor som kokar vid låg temperatur har högt
ångtryck och kallas lättkokande, de som kokar vid hög temperatur har lågt ångtryck och kallas trögkokande.
Uppgifter om ångtryck erfordras för beräkning av sughöjd, bestämning av pumptyp och pumpuppställning samt
axeltätningars utförande.
Kokpunkt
Enhet °C.
En vätskas kokpunkt, vid trycket p är den temperatur där vätskan är i jämvikt med sin ånga, som vid detta
tillfälle kallas mättad och utövar trycket p = mättningstrycket. Nås detta tillstånd vid 101,3 kPa (760 mm Hg)
betecknas det normal kokpunkt. För vatten sker detta vid 100°C.
Kemiskt rena vätskor har i motsats till blandningar en exakt kokpunkt. För en del mineraloljor gäller att lösta
gaser kan avskiljas redan innan ångtrycket uppnåtts. En del blandningar t ex bensin har ingen exakt kokpunkt
utan ett kokområde som fastställes i en kokanalys, där begynnelse- och sluttemperatur för kokningen angives kokpunktsintervall.
Om trycket i en vätska lokalt, t ex inuti en pump, sjunker till ångtrycket vid den aktuella temperaturen uppstår
ångbildning, små ångblåsor, i lokala lågtryckszoner. Detta förhållande har stor betydelse vid strömningsförlopp;
det begränsar sughöjden för en pump eller en hävert se även 3.5 Pumpars sugförmåga; det ger betingelser för
skadlig kavitation se även 4.9 Material; och kan medföra ångbildning s k vattenseparation i ledningar i samband
med tryckslag.
Smältpunkt
Enhet °C.
Smältpunkt är den temperatur vid vilken ett ämne övergår från fast till flytande form och sammanfaller med den
temperatur då en vätska övergår från flytande till fast form, stelningspunkt.
220
10.4 DENSITET, VOLYMUTVIDGNING
Densitet
Enhet kg/m3. Beteckning . Densitet är förhållandet mellan en materialmängds massa och volym. Uppgifter om
densitet erfordras för beräkning av tryck och pumpens effektbehov.
Vätskors densitet vid 25°C anges i vätsketabellerna i avsnitt 10.9. Densiteten förändras under inverkan av:
•
•
•
Temperatur se tabell 10.10
Koncentration-blandningsförhållande, se figur 10.18-10.21.
Halt av och storlek på fasta partiklar i suspensioner, se avsnitt 10.7 och 10.8
Andra egenskaper som en vätskas förmåga att lösa luft, gas, är beroende av temperatur och tryck och
påverkar densiteten endast obetydligt.
Vattens densitet är störst vid 4°C = 1000 kg/m3 då vatten har sin minsta volym. Vatten intar härigenom en
särställning bland vätskor. Vid avkylning under 4°C utvidgar sig vattnet ända till 0°C och fryser till is, varvid
volymen ökar med 9 %. Isens densitet är då 917 kg/m3.
Vatten har ett densitetsmaximum även när det innehåller lösta salter, men den största densiteten uppträder då
under 4°C ju högre salthalten är desto lägre temperatur för max värdet. Havsvatten har sin största densitet något
under 0°C, fryspunkten är ännu lägre.
Volymutvidning
Enhet °C-1. Beteckning γ.
Densiteten är temperaturberoende och minskar vid stigande temperatur samt ökar vid fallande. Detta
sammanhänger med att vätskans volym ökar vid uppvärmning resp minskar vid avkylning. Volymändringen hos
en vätska kan i princip bestämmas med hjälp av dess volymutvidgningskoefficient γ [°C-1]. Denna är ett uttryck
på den volymförändring som sker för varje grads temperaturförändring av vätskan.
Sambandet mellan densiteter
1,
och
2
vid två temperaturer t1, resp t2 och volymutvidningskolefficienten är:
Ekv. 10.4
Uppgifter om volymutvidgningskoefficienten erfordras för beräkning av tryckändringar hos innestängda
vätskevolymer, max- och minimivolymers i öppna och slutna behållare samt vid volymkorrigeringar.
För vatten bör observeras att γ. är kraftigt temperaturberoende, varför vid praktiska beräkningar volymändringar
bör beräknas med utgångspunkt från densitet vid olika temperaturer. Volymutvidningskoefficienten kommer, då
närmast till användning vid interpolering.
10.5 pH-VÄRDE
För att på ett bekvämt sätt uttrycka vätejonkoncentrationen i vätskor har en symbolisk beteckning pH införts.
Storheten pH kallas även surhetsgraden. Faktorn pH är den faktor som bestämmer klassificeringen av kemiska
substanser under tre huvudgrupper:
•
•
•
Syror – substanser som reagerar med metall genom att frigöra väte.
Baser – substanser som kan kombineras med syror, varvid en tredje grupp bildar ett salt och vatten.
Salter
pH täcker en skala från 0-14. Sura vätskor har pH 0-6,5, neutrala har pH 6,5-7,5 och alkaliska har pH 7,5-14.
221
Vatten är i rent tillstånd en mycket dålig elektrisk ledare. Sin ledningsförmåga får vatten först i lösningar med s k
elektrolyter som salter, syror eller baser. Vid upplösning i vatten sönderfaller dessa ämnen i två beståndsdelar
med motsatta elektriska laddningar varvid en elektrisk ström kan transporteras. Detta sönderfallsmoment kallas
för elektrolytisk dissociation - spjälkning.
De laddade partiklar, som då uppstår, kallas joner. Man skiljer här mellan katjon-partiklar med positiv laddning
och anjon-partiklar med negativ laddning. Beroende på laddningstillståndet betecknas de positivt laddade med +
och de negativt laddade med -.
Metaller och väte i syror bildar vid den elektrolytiska dissociationen katjoner som alltid är positivt elektriskt
laddade. Syraresterna och basernas hydroxylgrupper bildar däremot negativt laddade anjoner.
Alla lösningar, som reagerar surt, innehåller vätejoner H+ och alla lösningar, som reagerat alkaliskt,
hydroxyljoner OH-. Sura reaktioner kan således betecknas som vätejonreaktioner och alkaliska reaktioner som
hydroxyljonreaktioner.
Koncentrationen av vätejoner i en lösning är ett mått på lösningens surhet medan hydroxyljonkoncentrationen är
ett mått på alkaliteten. Produkten av H+ och OH- joner är alltid konstant vid en bestämd temperatur.
Jonprodukten K vid 22°C är t ex:
K=H
+
- OH
-
= 10
-14
[mol/l]
Ekv 10.5
När båda jonslagen förekommer i samma antal i vatten så reagerar detta neutralt. Dvs då är:
+
-
H = OH = 10
-7
[mol/l]
Vid en given OH- - koncentration kan således värdet på H+ - koncentrationen beräknas.
För att undvika negativa 10-potenser används begreppet väteexponent eller pH-värde; definierat enl
pH= -log H
+
+
Om t ex H = 10
-4
[mol/l],så är pH =-log 10
-4
=4
Ekv 10.6
Genom att ange H+ - koncentration som 10-pH kan således vattnets surhetsgrad resp alkalitet fastställas. Värdet
på pH varierar inom gränserna 0-14 se vidare figur 10.5.
Figur 10.5 Jonkoncentration pH-värde, surhetsgrad och alkalitet
222
Figur 10.5a Illustration av pH-värde samt användningsområden för konstruktionsmaterial i pumpar
För vätskor med pH-värden under 4 är vätejonkoncentrationen starkt bestämmande för hastigheten hos
upplösningsförloppet för de flesta metaller. De positivt elektriskt laddade vätejonerna avger härvid sin
laddning vid metallytan till metallatomerna och löser upp deras fasta bindningar medan de själva, som
härigenom berövas sin jonkonstruktion, återvänder till atomtillståndet, förenar sig till molekyler och
223
lämnar metallytan i form av gasbubblor. Av detta kan förstås att upplösningsprocessen förlöper häftigare
ju högre vätejonkoncentrationen är dvs ju lägre pH-värdet hos vätskan är. Inom pH-området ca 4-9
inverkar i vätskan befintligt syre t ex från luft på upplösningsförmågan för t ex järn. Det urladdade vätet
avgår då inte i form av gasbubblor som fallet är inom pH-området 0-4, utan förenar sig i samma
ögonblick det bildas med vattnets syre till vatten. Samtidigt omsätts det upplösta järnet till rost, till vilket
även åtgår syre.
I figur 10.5 a Illustreras pH-områden för våra vanligaste födoämnen och drycker, samt hos
kroppsvätskor, dricks- och avloppsvatten samt tvättmedel i förhållande till några vanliga kemiska
vätskor. Dessutom anges lämpligt pumpmaterial för angivna pH-områden enligt vätsketabellerna.
10.6 MYNDIGHETERS KLASSIFICERING AV VÄTSKOR
Brandklass
Brandklass för olika vätskor anges i vätsketabellerna i avsnitt 10.9. För förvaring, hantering och
transport av brandfarlig gas och vätska finns bestämmelser i Förordningen om brandfarliga varor utgiven
i Svensk författningssamling SFS 1961 nr 568. Till brandfarliga varor hänföras i denna förordnings 1 § 1
mom:
a. gas som vid temperatur av + 21 °C eller därunder kan antändas och brinna i luft (brandfarlig gas).
b. vara i flytande eller halvfast form med en flampunkt av högst + 60°C samt - oavsett flampunkten -
motorbrännolja och eldningsolja (brandfarlig vätska).
Brandfarliga vätskor, indelas i fyra klasser enligt 2 mom samma §, nämligen
Klass 1
Klass 2a :
Klass 2b :
Klass 3 :
:vätskor med en flampunkt av högst + 21 °C.
vätskor med en flampunkt överstigande + 21 °C men ej + 30°C.
vätskor med en flampunkt överstigande + 30°C men ej + 60°C.
motorbrännolja och eldningsolja med en flampunkt överstigande + 60°C."
Tillämpningskungörelse till 1 §. Bestämmande av flampunkt m.m (utdrag).
"Med flampunkt förstås den temperatur, då ångor (gaser) från en vätska vid normalt atmosfärstryck
första gången flammar upp i samband med uppvärmning och införande av tändlåga på föreskrivet sätt vid
provning i nedan angivna apparater".
Under + 60°C Abel-Penskys apparat SIS 15 02 23
Över + 60°C Pensky-Martins apparat SIS 15 02 24
Brandfarlig gas klassificeras ej efter flampunkt utan avgörande är huruvida gasen kan antändas och fortsätta att
brinna.
Statens Industriverk har utgivit en reviderad förteckning i SIND-FS 1976:9 över brandfarliga varor med
uppfigter om flampunkt och brandklass (utdrag):
"Inom pumpanläggningar för brandfarliga gaser och vätskor tillhörande klass 1, 2a och 2b med flampunkt upp
till 40°C kan utsläpp ge upphov till explosiva blandningar av luft och gas eller ånga." Rum och utrymmen där
sådana anläggningar förekommer klassificeras av myndigheterna som explosionsfarliga och anläggningarna skall
därför utföras enligt gällande bestämmelser, som avser att nedbringa explosionsrisken. Utöver SFS 1961 nr 568 som
främst omfattar brandfarliga varors klassindelning, anläggningars planering, cisterner och rörledningars utförande,
skydds- och säkerhetsavstånd etc gäller också Elföreskrifterna KFS 8/1960 med ändringar som ger anvisningar om hur
explosionsrisken skall bedömas och elektriska anläggningar skall utföras. Förordningen och elföreskrifterna gäller
gemensamt, de komplettera varandra. I kap 8 drivanordningar, avsnitt 8.3, behandlas förordningens och föreskrifternas
bestämmelser. Innehållet i avsnitt 8.3 är även tillämpligt för kapitlen 3-6 och kapitel 1 installation.
224
Hälso- och miljöfarliga varor
Enligt Produktkontrollnämndens kungörelse SFS 1973:334 § 2 indelas ämnen, som är att hänföra till sådana
varor och som kan befaras medföra skador på människor i gifter och vådliga ämnen. Produktkontrollnämnden
offentliggör vägledande förteckningar över gifter och vådliga ämnen. Senaste förteckning är PKFS 1975:1,
1975:2 och SNV PM 549. I vätsketabellerna avsnitt 10.9 anges denna förtecknings exempel på följande sätt:
Efter ämnets namn G för gift och V för vådligt.
Pumpanläggningar som transporterar hälso- och miljöfarliga varor skall vara utförda så att skadliga utsläpp
förhindras. Detta kan ställa krav på hermetisk transport och kan också påverka utförandet av pumpen, material
och materialval, axeltätningar och rörledningar.
10.7 DE VANLIGASTE VÄTSKORNA
Vatten
Med vatten i detta avsnitt avses "naturligt" icke salthaltigt vatten dvs vatten förekommande i naturen som ytvatten i sjöar
och älvar samt som grundvatten. Temperaturen skall vidare vara under eller upp till rumstemperatur inom området 0 till
ca 30°C.
Naturligt vatten har stor användning bl a som råvatten för dricksvatten, kyl- och processvatten inom olika industrier och
för bevattningsändamål.
För en pumpanläggning intresserar främst vattnets korrosionsangrepp på de vanligaste konstruktionsmaterialen: i
allmänhet stål, gråjärn - gjutjärn - och brons. De vattenegenskaper som inverkar är:
•
•
•
•
pH-värde
hårdhet och kolsyrehalt
halt av olika kemikalier främst salter
syrehalt
Förutom dessa inverkar vattentemperaturen samt följande faktorer i själva pumpanläggningen:
•
•
•
strömningshastighet; normalt några m/s i rörledningar och 10-40 m/s i en centrifugalpump
kavitation både fullt utbildad och i obetydlig omfattning
halt av fasta föroreningar t ex sand och slam från olika brunnar
Som regel inverkar pumpanläggningens faktorer kraftigt, när vattenegenskaperna är ogynnsamma eller på
gränsen till att bli ogynnsamma och någon faktor i pumpanläggningen är ogynnsam. Det är här mycket svårt att
ange generella riktlinjer, då redan en betydlig halt av något salt kan mångfaldiga ett korrosionsangrepp. Speciellt
vatten med klorider är besvärliga - sålunda ökas vid t ex 50 mg - MgCl2/liter korrosionsangreppet på stål med en
faktor ca 8, vilket då medför att stål inte längre är praktiskt användbart.
•
PH-värde och materialval
Naturliga vatten brukar ha pH-värden mellan 4-9. Alltefter syrehalten skiljer man på två huvudgrupper:
•
Grundvatten ur stora djup. Detta innehåller ytterst litet syre och därmed blir här vätejonkoncentrationen
utslagsgivande för järnets upplösningshastighet. Det bör påpekas att järn märkbart upplöses redan vid
pH-värden på 6 - 7 i dessa syrefattiga vatten.
•
Vanligast förekommande är syrehaltigt vatten. Här är pH-värdet inget absolut mått på
upplösningshastigheten även om kännedom om dess storlek är viktig.
För kalkhaltig vatten råder speciella omständigheter, som behandlas i efterföljande avsnitt.
225
Då pumpar som transporterar färskvatten, för det mesta utförs i gråjärn ges nedan några synpunkter på
användningsmöjligheter för detta material med avseende på vattnets pH-värde. Naturligtvis kan inte något
gränsvärde anges, utan allmänt kan sägas:
•
Gråjärn kan användas utan några egentliga problem inom pH-området 7 - 10. Om klorider finns
närvarande, kan gråjärn dock vara otillräckligt.
•
Inom pH-området 5,5 - 7 kan gråjärn många gånger användas, men inverkan är här stor från vad, som
har åstadkommit det lägre pH-värdet. Inom detta pH-område är gråjärn överlägset stål vad beträffar
korrosionsbeständighet. Gråjärnets höga kolhalt, 3-4 %, medför att vid måttliga strömningshastigheter
kan grafiten tillsammans med korrosionsprodukter bilda en korrosionsskyddande film s k grafitisering
av ytan.
•
Inom pH-området 4 - 5,5 kan gråjärn användas för vissa specialfall eller efter lämplig dosering av
vatten.
För pH-områden, där gråjärn ej är beständigt måste brons eller rostfritt stål användas. Se vidare kapitel 4
Material.
•
Hårdhet oss vatten
Vattens hårdhet beror på närvaron av föreningar med främst kalcium - Ca - och magnesium - Mg - mest som
karbonater men dessutom som icke-karbonater t ex sulfater, nitrater och klorider. Mängden i vilka dessa
föreningar förekommer i vatten är ett mått på vattnets hårdhet.
Mjukt vatten är i allmänhet lämpligare för hushållsbruk och de flesta användningsområden än hårt vatten. Vid
tvättning är en bikarbonathalt i vatten skadlig eftersom tvål och såpa, som består av en blandning av
natriumstearat och palmitat, med kalciumbikarbonat bildar olösliga kalciumsalter av organiska syror. Hårt vatten
innehåller alltid kalciumkarbonater, vars löslighet minskar med ökad temperatur. Kalciumkarbonat utfälls som
pannsten i ångpannor eller värmeväxlare. För att undvika pannstensbildning, som kan leda till partiella
överhettningar i ångpannor måste man använda mjukt vatten som matarvatten. Vatten för sådana ändamål måste
avhärdas.
I Sverige brukar vatten anges i s k tyska hårdhetsgrader °dH - se vidare följande avsnitt- och en vanlig klassificering är:
4
4-8
8-12
12-18
18-30
30
•
°dH
°dH
°dH
°dH
°dH
°dH
mycket mjukt
mjukt
medelhårt
något hårt
hårt
mycket hårt
Hårdhetsgrader och måttenheter
Som hårdhet betecknas vattnets halt av de s k jordalkalijonerna dvs joner av kalcium Ca, magnesium Mg,
strontium Sr och barium Ba. Hårdheten kan uttryckas för de enskilda ämnena som kalciumhårdhet Ca-H,
magnesiumhårdhet Mg-H osv. Totalhårdheten utgör summan av de enskilda hårdheterna
En uppdelning kan även ske i temporär och permanent hårdhet. Temporär hårdhet utgörs av
jordalkalijonerna bundna till karbonater och permanent till icke-karbonater. Den temporära hårdheten har
fått sitt namn av att den försvinner vid uppvärmning. Fördelningen på de olika delarna sker därvid efter den
kemiskt ekvivalenta halten av jordalkalijoner.
Eftersom de olika jordalkalimetallerna har olika atomvikter har måttenheten för hårdhet – 1 milliekvavilent
per liter mval/I – definierats som:
Ekv. 10.7
226
Hårdhetsenheten 1 m val/l kommer då att motsvara följande halter joner i mg/l:
1 mval kalciumhårdhet
1 mval magnesiumhårdhet
1 mval strontiumhårdhet
1 mval bariumhårdhet
= 20,04 mg/l Ca ++
= 12,16 mg/l Mg ++
= 43,82 mg/l Sr ++
= 68,68 mg/l Ba ++
Med tyska hårdhetsgrader °dH uttryckes hårdheten Som den ekvivalenta halten av kalciumoxid (CaO) enl:
1 °dH = 10 mg Ca0/l
Ekv. 10.8
För de olika jordalkalimetallernas oxider fås då
•
•
•
•
1 °dH = 10
[mg CaO/l]
1 °dH = 7,19 [mg MgO/l]
1 °dH = 18,48 [mg SrO/l]
1 °dH = 27,35 [mg BaO/l]
och relationen till [mval/lit = blir
•
•
1 °dH
= 0,356 [mval/l]
1 mval/lit = 2,8 [°dH]
I andra länder används andra definitioner på hårdheten. För omräkning mellan olika hårdhetstal se tabell 10.2.
Tabell 10.2 Omräkningsfaktorer för olika hårdhetsgrader. Exempel: 1 °dH = 1,78 franska hårdhetsgrader
•
Kolsyre- och karbonatjämvikt
Nederbörd som tränger ned i marken, upptar ur luften i jorden koldioxid, som har bildats vid oxidation av
organiskt material eller genom olika syrors inverkan på kalksten. Koldioxid och vatten överför de i vatten
svårlösliga karbonaterna CaC03 = kalksten och MgC03 till lösliga bikarbonater Ca(HC03)2 och Mg(HC03)2. De
senare innehåller dels C02 från det ursprungliga karbonatet -"bunden kolsyra" - och en del C02 från kolsyran
H2CO3 som överfört karbonatet till bikarbonat - "halvbunden kolsyra" se figur 10.6. För att hålla bikarbonatet
löst krävs ytterligare en viss mängd C02-"fri tillhörande kolsyra".
Om tillräckligt med karbonat finns i jorden och om all CO2 åtgår för omvandling till bikarbonat samt för att hålla
det nybildade bikarbonatet i lösning, så är vattnet i jämvikt vad beträffar karbonat-kolsyra. Det förekommer
alltså ett speciellt jämviktstillstånd mellan kalk och tillhörande fri kolsyra. Är det fria kolsyreinnehållet mindre
än vad som erfordras för jämviktstillstånd, så avskiljes kalk. Är kolsyreinnehållet större, så går kalken åter i
lösning. Om det däremot råder ett överskott av C02, benämnes detta "fri överskottskolsyra" eller "aggressiv
kolsyra". Det är denna del av kolsyrehalten - som redan framgår av namnet - som i allmänhet förorsakar
korrosion.
227
Figur 10.6 Olika tillståndssätt för kolsyra (CO2) i vatten
• Korrosionsförhållanden vid karbonathaltiga vatten
Grundvatten är ofta hårt dvs innehåller bikarbonater med "tillhörande kolsyra" och eventuellt även "aggressiv
kolsyra". För vattnets korrosionsegenskaper är kolsyrans olika tillståndssätt enl föregående viktig.
Vatten utan "aggressiv kolsyra" bildar lätt, om syre samtidigt finns tillgängligt, karbonathaltiga skyddsfilmer
på utsatta ytor i pumpar, behållare och rörledningar*. Villkoret härför är en förskjutning till en något minskad
halt "tillhörande kolsyra" genom t ex tryckminskning, uppvärmning eller kemikaliedosering. Självfallet måste
den då frigjorda kolsyran bindas eller ha möjlighet att avgå från vatten.
Finns fri "aggressiv kolsyra" förhindras skyddskiktbildningen. Kommer detta vatten då i beröring med kalk,
murbruk, betong så löser den upp kalk ända tills det kemiska jämviktstillståndet är återställt. Denna kolsyra är
alltså kalkaggressiv. Vid syrefattigt vatten bildas ej heller något kalkrostskyddsskikt. I detta fall löser vatten
järn vid varje fri kolsyrehalt, varvid korrosionshastigheten blir större ju mindre pH-värdet är.
Praktiskt beror pH för naturliga karbonathaltiga vatten nästan uteslutande på förhållandet mellan den
""bundna" och den "fria kolsyran" och bestäms enligt klut av sambandet
Ekv 10.9
Sätter man pH-jämviktsvärdet i relation till karbonathårdheten fås samband enl figur 10.7 och figur 10.7a. Med
hjälp av figur 10.7a kan också en uppdelning på "tillhörande" och "aggressiv kolsyra" göras.
* Karbonatutfällning kan dock förorsaka besvär i vissa konstruktionselement i pumpar t ex axeltätningar och vätskesmorda
glidlager.
228
Figur 10.7 Jämviktstillstånd för bildande av karbonathaltiga skyddsfilmer vid syrehaltiga vatten.
Figur 10.7 och 10.7a kan användas som måttstock för aggressiviteten hos naturligt vatten, när man känner
karbonathårdheten och pH-värdet. För karbonathaltiga vatten är därmed av intresse:
•
vid syrehaltiga vatten uteslutande om pH-värdet kommer under jämviktskurvan. Ligger pH-värdet
kraftigt under kurvan påverkas korrosionen i första hand av halter av andra ämnen och först i andra
hand av pH-värdet.
•
vid syrefattiga vatten däremot om pH-värdet ligger över eller under värdet 7. Är värdet större än ca 7 är
vattnet ej aggressivt. Ju mer värdet ligger under ca 7 desto aggressivare är vattnet.
229
Figur 10.7a Karbonathårdheten i förhållande till kolsyrehalten.
Den så viktiga syrehalten hos råvatten kan variera mycket. Hos källvatten såväl som grundvatten från övre
markskikt är syrehalten nästan genomgående tillräcklig för att bilda det naturliga kalkrostskyddsskiktet när
samtidig karbonathårdhet 6° dH förekommer.
230
Mjukt ytvatten kan på grund av kalkbrist ej bilda kalkrostskyddsskikt och är därför mer eller mindre
aggressivt.
Avloppsvatten
Avloppsvatten utgör i dagligt tal benämningen på hushållsspillvatten, men allmänt sett är avloppsvatten
benämning på:
•
Spillvatten = vatten som bärare av föroreningar från: hushåll, affärer, hotell, kontor,
industrier.
•
Kylvatten = termiskt "förorenat" vatten
•
Dagvatten = nederbördsvatten
•
Dränvatten = dräneringsvatten från byggnadsgrunder, maskinområden eller som läckor i otäta
ledningar.
restauranger,
Spillvatten från hushåll, affärer, hotell, kontor, restauranger
Spillvattnet tjänstgör som bärare av de föroreningar, vilka genom vattenklosetter och avloppsbrunnar följer
det förbrukade och förorenade vattnet i spillvattenledningen.
Föroreningarnas storlek begränsas i princip av arean hos det till ledningen anslutna intaget.
Detta medför att tvärsnittsarean hos föroreningar begränsas till motsvarande arean för intaget. Någon
begränsning av längden hos en mjuk och böjlig kropp kan däremot ej åstadkommas. Således passerar
plastfilmer och annat förpackningsmaterial tillsammans med strumpbyxor och andra textilier obehindrat
genom en vattenklosett och ut i ledningsnätet.
Det är givetvis ej tillåtet att använda spillvattennätet för transport av avfall från textil eller andra material
som är att hänföra till hushålls- eller industriell sophantering.
En ständig ökning av i spillvattnet ej önskvärda eller otillåtna föroreningar kan konstateras i rensgaller och
spaltsilar. Speciellt svårt, och med hög halt av exempelvis textilier, är spillvattnet i större tätorters
centrumbebyggelse. Citykärnan med restauranger, kontor och varuhus producerar ett avgjort svårare
spillvatten än den omgivande sovstaden.
Kraven på pumpar och andra hjälpmedel för transport av dagens spillvatten bör således formuleras efter de
föroreningar, tillåtna eller otillåtna, som spillvattnet är bärare av.
De större föroreningarna - partiklarna - i spillvatten kan vid pumpval klassificeras som deformerbara och
kräver ett stockningsfritt utförande.
Spillvatten, industriellt
Industriellt avloppsvatten har en relativt enhetlig sammansättning för varje industrityp och innehåller i allmänhet
ämnen som kan medföra skador och störningar i avloppsvattenreningsverk och vattenområde - recipient.
Utsläpp av avloppsvatten berörs av Miljöskyddslagen (SFS 1969/387 och 1972/782) och miljöskyddskungörelsen (SFS 1969/388) med ändringar (SFS 1972/224) där de industrityper, vars process kan ge
upphov till skadliga vattenföroreningar finns angivna.
Villkor för utsläpp av skadliga ämnen i kommunal avloppsanläggning gäller enligt Svenska Vatten- och
Avloppsföreningens Meddelande VAV M20 mars 1976. Industriavlopp - Gränsvärden redovisar uppgifter om
tolerabelt innehåll av olika ämnen. Bland dessa ämnen finns vätskor som är giftiga, vådliga, korrosiva, explosiva
och som påverkar pumpmaterial, drivanordning och rörledningar. Dessa vätskor återfinns i vätsketabellerna
avsnitt 10.9.
231
Kylvatten, dagvatten, dränvatten
Se föregående avsnitt vatten. I det cirkulerande vattnet i kyltornsanläggningar kan det bildas fasta utfällningar,
kalkavlagringar, slam och mineralkoncentration som ger upphov till korrosion och igensättningar i pumpar och
rörledningar.
Suspensioner, uppslamningar
Partiklar av oorganiska och organiska fasta ämnen förekommer, mer eller mindre finfördelade, uppslammade i
vätskor dels som föroreningar och dels som transportgods. Vätskans - suspensionens-egenskaper beror av de
fasta ämnespartiklarnas storlek, densitet, form och hårdhet samt vätskans halt av partiklar, varav storlek och halt
har avgörande betydelse för pumpvalet. I pumpkataloger brukar pumpars lämplighet anges för olika vätsketyper t
ex: ren utan fasta föroreningar, lätt förorenad, förorenad, slurry, slam, massa, gods etc. utan närmare definition.
I ”sök pump” på www.svensk pumpmarknad.nu kan sökning specificeras för partikelinnehåll följande
parametrar:
•
Storleksområde < 0,1 mm, 0,1-1, 1-10 och 10-100 mm
•
Deformerbara
•
Slitande
•
Halt < ca 1 %, > 1 %
I huvudet på tabellen finns 41 olika pumptyper angivna, som markerats som "särskilt lämpliga" , "lämpliga"
eller" lämpliga med reservation" för dessa 8 partikelinnehållsparametrar.
•
Partikelstorlek - kornstorlek
Måttenheterna < 0,1 mm; respektive 0,1-1 mm för partikelstorlek, förekommer inte så ofta, de brukar nämligen
uttryckas med enheten µm som i tabell 10.3 vilken också innehåller uppgifter om partikelstorlek för en del
ämnen > 1 mm.
Figur 10.8 Illustration av relativ storlek på små partiklar.
232
Tabell 10.3
Illustration till måttenheter för partikelstorlekar uppgifter om partikelstorlek hos en del ämnen, spalt och spel i
pumpar, tätningar.
Partikelstorlek 1-10 mm. Inom detta område, som omfattar vätskor från avlopp, länsning av byggnadsschakt,
muddring, slam med partiklar > 5 mm samt transportgods, har antal lämpliga pumpar minskat starkt.
Partikelstorlek 10-100 mm. Detta område omfattar vätskor från avlopp, muddring, slam samt vätskor, som
transporterar stora partiklar, varvid ett stockningsfritt pumputförande krävs. Även livsmedelstransport t ex transport av
hel fisk förekommer i detta område.
• Deformerbara
Partiklar av organiska ämnen, där partiklar är mjuka, fibrösa etc och som kan sammanpressas eller får utsättas
för åverkan.
• Slitande, abrasiva
Partiklar av oorganiska ämnen-, mineraler, sand - där partiklarna är hårda, skarpkantiga osv.
•
Halt
233
Halt avser suspensionens innehåll av partiklar (torrsubstans=TS-halt) och anges i viktprocent: partikelvikten
gånger 100 dividerad med suspensionens totalvikt. Partikelvikten räknas för absolut torra partiklar. I praktiken
räknas ofta med lufttorr substans som har 10-12 % vatteninnehåll. Vid halt < ca 1 % kan pumpval oftast göras
som för vatten och vid halt > ca 1 % kommer flera andra faktorer in i bilden. Vid pumpval skall då
partikelstorlek och TS-halt sammanställas. En tillräckligt liten kornstorlek kan medföra att en vanlig vattenpump
kan användas så länge vätskan är lättflytande, icke-slitande och ej sedimenterar i själva pumpen.
Vid transport av fast material - gods - i finfördelad form är vatten den vanligaste transportvätskan, det brukar
behöves i en kvantitet som är ca 2-20 gånger transporterad materialmängd. Tabell 10.4 visar några exempel med
värden för andel fast material.
Tabell 10.4 Några riktvärden vid godstransport.
Densiteten hos en suspension bestäms med nomogram figur 10.9
Figur 10.9 Nomogram för bestämning av densitet hos suspension (källa Morgårdshammar)
Gränsen för andelen fast material är beroende av vätskans flytförmåga, risk för avskiljning och luft- eller gashalt.
Figur 10.10, närmast gällande för pappersmassa, visar att små förändringar av TS-halt har en väsentlig betydelse
för suspensionens flytförmåga.
234
Figur 10.10 Klassificering av flytförmåga för olika vätskor i grupperna A till F. För pappersmassa (fibersuspensioner) gäller
de i % angivna TS-halterna (källa Gould)
Massasuspensioner inom cellulosa- och pappersindustrin
• Massakvaliteter
Möjligheterna för att pumpa massa beror i första hand på det råmaterial som används, tillsatsmedel samt
produktionsmetod. Som exempel på olika råmaterial kan nämnas barrträdsved (fiberlängd 3-4 mm), lövträdsved
(fiberlängd 1-1,5 mm) och lump (fiberlängd 25-30 mm).
Produktionsmetoderna kan i princip delas upp i kemiska och mekaniska. Den kemiska metoden är den mest
förekommande. Sulfat- och sulfitmassa framställs både blekt och oblekt. Den viktigaste massan som framställs
på mekanisk väg är slipmassa.
• Luftinnehåll i massa
Massa skiljer sig från många andra suspensioner bl a på grund av att den består av tre faser: vatten, fasta fibrer
och luft.
Luft i massa uppträder antingen i form av bubblor eller i kombinerad tillståndsform. Luft förekommer som
bubblor antingen i fri form eller fästade till fibern. Luft i kombinerad tillståndsform förekommer upplöst i vatten
eller absorberad i fibrerna. Luftinnehållet i massa beror på kvalitet, koncentration, tillsatsmedel, malning,
temperatur samt tiden och massans hantering. Slipmassa innehåller mer luft än sulfit- eller sulfatmassa. Limning
ökar luftinnehållet väsentligt och även malning.
Med ökande temperatur ökar innehållet av fri luft samtidigt som luftens upplösningsförmåga i vatten avtar. Rent
allmänt sjunker luftinnehållet i massa vid lagring. Luftinnehållet i massa ökar hastigt till en viss nivå, som är
specifik för varje massatyp vid luftinblandning. Detta sker t ex då massa får falla fritt ner i ett kar eller en cistern.
Luft kan även upptas av massan via axeltätningen i pumpar om vakuum uppstår.
Egenskaper hos massa som försvårar pumpning
•
Innehåll av fasta partiklar, dvs koncentration. Massafibrerna bygger upp ett nätverk som blir tätare vid
ökad koncentration. Det är relativt svårt att sätta massa med hög koncentration i rörelse, ty när höga
energiimpulser överförs lokalt i nätverket är det troligt att det klipps sönder och att rörelsen uppträder
mycket lokalt.
•
Luftinnehåll. Luft i form av bubblor i massa är ur pumpningssynpunkt mycket ogynnsam. Ett
luftinnehåll på 1-2 % räcker för att ändra pumpegenskaperna.
•
Tryckfall. Vid flöden med låga hastigheter är tryckfallet för massa mycket högre än för vatten. I
allmänhet är massa som är varm resp. innehåller tillsatsmedel lättare att pumpa än kall och ren massa.
235
•
Att åter sätta massa i rörelse i ett rörsystem efter ett avbrott kan vara något problematiskt, speciellt när
det gäller högkoncentrerad massa. Detta beror troligen på att det "statiska tryckfallet" är större än
tryckfallet vid låga strömningshastigheter. Spädning med vatten i pumpen underlättar att starta den.
•
Igensättande egenskaper, dvs flockning i massa, stickor, kvistar och syntetfiber kan åstadkomma
flockning i pumpen. En total igensättning av både pump och rör är till och med möjlig.
•
Tendens hos massa att tjockna i avsmalnande kanaler.
Starkt avsmalnande koniska delar på pumpens sugsida t ex förminskning av sugledning från en
rörledning med dimension 400 mm ned till 150 mm kan åstadkomma flockning redan vid koncentrationer på 3-4 %.
•
Strömningsförluster i rörledningar. Annan benämning på massa är pulp.
Slam
Slam är benämningen på den restprodukt som bildas när oorganiska och organiska partiklar avskiljs - separeras vid rening av en vätska. Vid rening av vätska används följande mekaniska och kemiska metoder.
•
sedimentation - settling -, partiklarna faller av egen tyngd till botten i en avskiljare.
•
flotation, partiklarna överföres till flytslam genom tillförsel av små luftblåsor.
•
centrifugering, partiklarna avskiljs genom centrifugalkraften
•
filtrering, vätskan ledes genom ett filter, som släpper igenom vätskan och fångar upp partiklarna. Filtret
kan bestå av en sil, poröst material, en eller flera bäddar av filtermedia.
•
fällning, genom tillsats av olika kemikalier bildar partiklarna olösliga föreningar - flockar - som kan
avskiljas genom sedimentering eller flotation
Vid pumpning intresserar slammets TS-halt- pumpbarhet - samt partiklarnas storlek och hårdhet. Eftersom slam
uppkommer vid all vattenbehandling och vid industriprocesser kan en generell definition inte göras. Som
riktvärden kan de vid slambehandling i kommunala avloppsreningsverk förekommande värdena används.
TS-halt efter olika behandlingssteg:
•
Före förtjockning
Kemslam efter fällning, flotation
Mekaniskt slam, sedimentation, flotation
TS-halt
0,5-1%
2-3%
•
Efter förtjockning
Mekaniska slam
Aktivt slam
Biobäddsslam
Mekaniskt och aktivt slam
Mekaniskt och biobäddsslam
Efter avvattning i centrifug, silbandspress, vakuumfiltrering etc.
TS-halt
6-10%
2-3%
4-8%
5-8%
7-9%
•
>30%
I botten, kompressions-zonen av sedimenteringsbassänger, sandfång, oljetankar och andra behållare med
stillastående vätskor, utsätts bottenskiktet vid sedimenteringen för mekaniskt tryck av ovanförliggande slam,
varvid vätskan pressas ur bottenskiktet vars täthet sålunda ökar under sedimenteringsförloppet. Slam från
industriprocesser får samma egenskaper som sin ursprungsvätska. Andra benämningar på slam: sediment, slurry,
sludge.
236
Oljor och några petroleumprodukter
Oljor indelas efter sitt ursprung i mineraloljor samt animala och vegetabiliska oljor, men kan i
pumpningssammanhang behandlas lika. Till mineraloljor räknas också sådana petroleumprodukter såsom
lösningsmedel, bensin, fotogen och liknande vilket bör beaktas vid pumpning i oljeupplag.
Vid pumpning av oljor skall lägsta och högsta driftstemperatur, oljans viskositet, grumlingslägsta flyt- och
stelningstemperatur samt ångtryck fastställas.
Oljors flytförmåga följer Newtons lag, de har i likhet med vatten, konstant viskositet oberoende av
hastighetsgradienten och tiden. Viskositeten är temperaturberoende, oljor flyter lättare vid uppvärmning.
Viskositeten sjunker när temperaturen stiger. För att rätt kunna beräkna en pumpanläggning måste viskositetstemperaturförhållandena och hur oljan uppför sig vid variationer i driftstemperaturen klarläggas.
Temperatur - viskositetsförhållandena hos olika oljor visas i diagram figur 10.11 - 10.14. Dessa är konstruerade
enligt temperatur - viskositetsblad av Ubbelohde (Förlag S Hirzel Stuttgart N) och följer ett rätlinjigt samband.
Diagrammen kan användas för konstruktion av kurvor för andra oljor om två temperaturer är kända.
Grumlings - lägsta flyt- och stelningstemperatur. Mineraloljor övergår gradvis från flytande till fast form till
skillnad från andra vätskor, t ex vatten, som har en bestämd stelningspunkt.
När olja nedkyls blir den vid en viss temperatur grumlig på grund av att paraffinkristaller utfälls, vaxbildning denna temperatur kallas grumlingstemperatur. Fortsätter nedkylningen passeras den temperatur vid vilken
oljan flyter, vilken kallas lägsta flyttemperaturen. 3°C under denna temperatur upphör oljan att flyta =
stelningspunkten.
På grund av vaxbildningen anses det att mineraloljor är hanterbara genom pumpning först vid en temperatur av
10°C över lägsta flytemperaturen.
I synnerhet vid pumpning av trögflytande - högviskösa - oljor, som har sin stelningspunkt nära eller över
omgivningstemperatur, t ex utomhusanläggningar, måste lägsta flyttemperatur beaktas och anläggningen utföras
så att ledningar, och pump kan värmas. Ej värmda ledningar måste kunna tömmas för att undvika proppbildning
om pumpavbrott inträffar vid omgivnings- temperatur under lägsta flyttemperatur.
Lågsvavliga eldningsoljor har högre lägsta flyttemperatur än högsvavliga eldningsoljor.
Sammansatta petroleumprodukter t.ex. bensin har ett ångtrycksområde, där den lättflyktigaste komponenten är
bestämmande. Detta förhållande påverkar beräkningen av NPSHerf. för pumpen.
Mineraloljor klassificeras som brandfarliga varor enligt avsnitt 10.6.
Kvalitetsindelning:
Eldningsoljor. Eo. visk-tempdiagram figur 10.11
Normalsvavlig Eo SIS 15 54 03.
Lågsvavlig Eo SIS 15 54 04.
15 54 03
Motoroljor enligt SAE systemet har utarbetats i Amerika och fastställts 1926 av Society of Automotive
Engineers (SAE). Ett lägre nummer i SAE-serien betyder att en olja är tunnare och bokstaven W efter numret
anger att oljan är lämplig för vinterbruk. SAE-systemet tillämpas internationellt
Motoroljor visk.-tempdiagram Figur 10.12
SAE 5 W - 20W, SAE 30 - SAE 50
Växellåds-transmissionsoljor visk-tempdiagram fig 10.13
SAE 75W-140
Industrioljor visk-tempdiagram Figur 10.14.
Internationell Organisation for Standardisation (ISO) har utvecklat ett system för viskositetsklassificering av
smöroljor för industriellt bruk. Systemet består av 18 viskositetsklasser angivna i cSt vid 40°C. Varje
viskositetsklass identifieras av ett ISO VG (viscosity grade) nummer, som i huvudsak sammanfaller med
mittvärdet enligt tabell 10.5.
237
Tabell 10.5 Viskositetsklasser enl. ISO 3448/SIS 15 54 41
Klassningssystemet har speciella fördelar
•
•
•
ISO VG numret ger en upplysning om oljans viskositet.
ISO 3448 har fullt stöd från tomgivande nationella standardiseringsorganisationer såsom ASTM, DIN,
BS, JIS och förväntas därför bli tillämpat internationellt. Det blir härigenom enklare att jämföra oljors
viskositet med maskintillverkares specifikationer.
ISO 3448 har även fastställts som Svensk Standard (SIS 155441).
10.8 VÄTSKEEGENSKAPER – KOMMENTARER TILL TABELLVERK
Ett lyckat resultat vid transport av vätskor förutsätter både rätt dimensionering av anläggningen och rätt val av
pumputrustning. Vätskors olika egenskaper måste därvid kännas och utgör indata vid dimensionering och val. I
avsnitt 10.9 anges de för pumpning nödvändiga vätskeegenskaperna. Dessa är angivna med den noggrannhet,
som i specialfall kan behövas för dimensionering av annan processutrustning. Vätskeuppgifterna är angivna i
tabellform ordnade alfabetiskt efter de olika ämnenas namn och inleds med en förteckning över handelsnamn,
samt kompletterande diagram i de fall, där temperatur eller koncentration, har stor inverkan.
Vätsketabellerna upptar följande storheter:
•
Ämne. Efter ämnesbenämningen markerar en bokstav "V" eller "G", vådlighet eller giftighet enl
Produktkontrollnämndens och Giftnämndens vägledande förteckningar, (PKFS 1975:1, 1975:2, SNV
PM 549)
•
Kemisk formel för identifiering av ett ämne. l praktiken kan ju ett ämne dessvärre inte hänföras till en
enhetlig formel på grund av föroreningar. Sämsta pumpningsegenskaperna har sådana föroreningar,
som är olösliga resp osmältbara. De ger ofta besvärande slitage på pumpar och axeltätningar.
•
Viskositet är angiven i mm2/s (cSt) vid + 20°C. Viskositet under 5 mm2/s, innebär så lättflytande
vätskor att en närmare angivelse ej är av intresse för pumpval. Hänvisning finns även till diagram, som
visar viskositetens temperaturberoende. Viskositeten kommer även till användning vid bestämning av
rörfriktionsförluster. Dessa beror i första hand på om laminär eller turbulent strömning förekommer. I
laminära området är rörfriktionsförlusten proportionell mot viskositeten, medan dennas inverkan i det
turbulenta området kan försummas vid i praktiken förekommande rörskrovligheter.
•
Ångtryck (absolut tryck)anges i Kilopascal (kPa) vid + 20°C. Hänvisning finns till kurvor i figur 10.17,
som anger ångtryckets temperaturberoende. Observera att kokpunkten vid atmosfärstryck (101,3 kPa =
238
760 mm Hg) ger ytterligare en punkt på ångtryckskurvan. Kurvorna i figur 10.17 är schematiskt
framställda och kan därför ge vissa differenser från de absoluta värdena. Detta gäller speciellt
vattenlösningar - kurva 13. Alla hänvisningar till denna kurva avser kemikalier i vattenlösning.
Vätsketryck i närheten av ångtrycket vid aktuell vätsketemperatur kan medföra kavitation i en pump.
Vid liten tryckskillnad till ångtrycket uttrycks skillnaden lämpligen i meter vätskepelare.*
•
Koncentration i H2O dvs ämnets koncentration i vatten uttryckt i viktsprocent. Därigenom kan
riktvärden ges på övriga egenskaper för dessa lösningar.
Se vidare avsnitt 3.5
•
Densitet anges i kg/m3 vid + 25°C. För andra komponenter och koncentrationer finns hänvisning till
olika figurer och tabeller. Densiteten används bl a för omräkning av tryck till tryckhöjd och för
beräkning av en pumps effektbehov.pH-områden uttrycker surhet eller alkalitet och har grupperats inom
pH-områden 0-4, 4-6, 6-9 och 9-14. Denna gruppindelning har gjorts för att underlätta val av material i
pumpar och pH-områdena överensstämmer med vanligen använda pumpmaterials korrosionsbeständighet.
•
Smältpunkt i °C. Observera att många föroreningar sakta börjar att brytas ned vid temperaturer strax
över smältpunkten, vilket kan inverka menligt på pumpfunktionen.
•
Brandklass uttryckt enl Svensk Författningssamling.
Förteckning över diagram och tabeller i anslutning till vätsketabellerna
Viskositet
Figur 10.11
Figur 10.12
Figur 10.13
Figur 10.14
Figur 10.15
Figur 10.16
Eldningsoljir Eo1, Eo2, E03
Motoroljor SAE 5W-50
Växellådsoljor SAE 75W-140
Industrioljor ISO VG2-VG 1500
Alkyder
Svartlut
Densitet
Tabell 10.10 Densitetens beroende av temperaturen
för olika vätskor
Figur 10.18 Densitetens beroende av
koncentrationen för olika baser
Figur 10.19 För olika syror
Figur 10.20 För olika salter
Figur 10.21 För olika salter
Ångtryck
Figur 10.17 Ångtryckskurvor för olika vätskor
239
240
10.9 VÄTSKETABELLER
241
242
243
244
245
246
Figur 10.11 Viskositets – temperaturdiagram för eldningsoljor
247
Figur 10.12 Viskositets – temperaturdiagram för motoroljor SAE 5W-SAE50
248
Figur 10.13 Viskositets – temperaturdiagram för växellådsoljor SAE 75W - 140
249
Figur 10.14 Viskositets – temperaturdiagram för industrioljor enl ISO 3448, SIS 155441
250
Figur 10.15 Viskositet för alkyder vid olika temperaturer. Tixotropa alkyder är lika vanliga alkyder över 60°C och gel under 60°C.
251
Figur 10.16 Viskositets – temperaturdiagram för svartlut vid olika torrsubstanshalt (källa „Recovery of Pulping Chemicals,
1968*.)
252
Figur 10.17 Ångtrycksdiagram i vätsketabellen hänvisas för resp. vätska till ångtryckskurvorna numrerade från 1-27 (källa
flexibox)
253
Tabell 10.10 Densitet (kg/m3 ) för vätskor vid olika temperaturer (o C). Understrukna värden gäller för fast fas
254
Figur 10.18 Densitetens beroende av koncentrationen för olika baser.
255
Figur 10.19 Densitetens beroende av koncentrationen för olika syror.
256
Figur 10.20 Densitetens beroende av koncentrationen för olika salter.
257
Figur 10.21 Densitetens beroende av koncentrationen för olika salter.
258