משאבות מלוות את מרבית המערכות החיוניות לחיינו המודרניים. משאבות ניתן למצוא במערכות הולכת המים ברחבי הארץ והערים, משאבות קיימות ברכבים להזרמת דלק ושמן, משאבות מזרימות אוויר ומסננות את המים בברכות דגים ובאקווריומים ועוד.
כולנו מכירים את חוק הכלים השלובים, לפיו גובה פני המים במערכת סגורה נותן להתאזן. התופעה הזו היא בדיוק הפוכה לתהליך של זרימה אותו אנו מעוניינים לקדם במערכות התשתית השונות שלנו. זרימה של נוזלים, כמובן במישור אך גם מול שיפועים נגדיים ולמרחקים משתנים היא אחד האתגרים עמן מתמודדים מתכנני משאבות.
סוגי משאבות הקיימות כיום מחלקות לשתי קטגוריות עיקריות. סוג ראשון הן משאבות דינמיות, המספקות שאיבה רציפה והמשמעות המעשית היא כי הלחץ המופק מהמשאבה קבוע לאורך כל הקו. משאבה צנטריפוגלית היא דוגמה למשאבה דינאמית. סוג שני הן משאבות שינוי נפח, אשר עיקרון פעולתן הוא שינוי הנפח קיבולת באמצעות בוכנה. בפעולתה, המשאבה דוחפת נוזל בתא סגור. מכאן ברור כי הלחץ אינו קבוע או מחושב כממוצע. משאבת שינוי נפח מיועדת לרוב לנוזלים צמיגיים. משאבת גלגלי שיניים או משאבות בוכנה הן דוגמאות למשאבות שינוי נפח. מנוע בוכנה המצוי ברוב ככל כלי הרכב שלנו מבוסס על עקרונות שאיבה וסניקה אלה.
אופן פעולתה של משאבה צנטריפוגלית
עקרון הפעולה של משאבה צנטריפוגלית מבוסס על כניסת מים דרך פתח המצוי במרכז גלגל כפות. עם כניסת מים למשאבה מסתובב גלגל הכפות ומספק למים אנרגיה קינטית להעלאת מהירות הזרימה שלהםץ למעשה, הכוח הצנטריפוגלי (מכאן משאבה צנטריפוגלית) זורק את המים אל דפנות התא. בשל צורת הכפות, אשר יוצאות מציר הסיבוב ובקצותיהן הן רחוקות זו מזו (בדומה להיקף מעגל שהולך וגדל וכל נקודה על היקפו רחוקה מחברתה), מהירות המים קטנה אבל הלחץ המופעל על המים גדל, עד ליציאתם דרך תעלת יציאה אל פתח היציאה בלחץ גבוה ממנו נכנסו.
העיקרון הוא שאנרגיה מכנית סיבובית המתקבלת מהמנוע מועברת לאנרגיה קינטית לתנועת הנוזל.
למשאבה צנטריפוגלית ישנם מספר מסוים של היבטים שחשוב לתת עליהם את הדעת באמצעות מפרט המשאבה – מגובה עם קופירייטינג או כתיבה שיווקית מצד היצרן.
מידותיה של משאבה צנטריפוגלית קובעת את כמות האנרגיה המועברת לנוזל על פי מהירות ההיקפית של המאיץ. המהירות ההיקפית של הנוזל תלויה בקוטר המאיץ ובמהירות הסיבוב. כלומר, גם במימדי המשאבה אך גם בהספק המנוע שלה. אך קיימים גם גורמים המובילים לאיבוד אנרגיה בתוך המשאבה. האנרגיה הקינטית של הנוזל היוצא מהמאיץ נבלמת על ידי התנגדות לזרימה הנוצרת כתוצאה מהמבנה הלולייני של גוף המשאבה – הלוכד את הנוזל ומאט את הזרימה – למשל.
האטת הזרימה נגרמת גם עקב גורמים פיזקליים. העובדה שאותה כמות נוזל נאלצת לעבור באותה יחידת זמן ובמהירות זרימה גבוהה דרך חתך צר, ושמם להמשיך דרך חתך רחב יותר ויותר עד ליציאה – גם הם יוצרים רתימת אנרגיה.
*אין לראות במאמר זה המלצה או מידע מקצועי