Wat is een turbomachine en wat is het doel van deze machine?

Turbomachines zijn machines waarin energie wordt gewisseld of omgezet. Er is hierbij sprake van een stroming of druk van een vloeistof of gas en een schoepensysteem. Dit schoepensysteem wordt in beweging gebracht door de druk van de vloeistof of gas. De kracht van de energieoverdracht is afhankelijk van de krachten die door de stroming op de het roterend schoepensysteem worden uitgeoefend. De energiewisseling kan in een turbomachine in twee richtingen verlopen.

Turbine
De eerste richting is het in beweging brengen van schoepen door druk vanuit een stroming van gas of vloeistof. In dit geval wordt bijvoorbeeld een as aangedreven en spreekt men van een aandrijvend mechanisme. Deze systemen worden ook wel turbines genoemd, een voorbeeld hiervan is stoomturbine die op stoomdruk (verdampt water= gas) werkt.

Een omgekeerde werking is ook mogelijk. Hierbij zorgt een schoepenrad in de vorm van een rotor juist energie a en zorgt deze voor een stroming. Ook hierbij is een machine aangedreven maar de benamingen zijn verschillend. De benaming die men voor dit type machine gebruikt is afhankelijk van het gebruikte fluïdum.

Turbopompen
Een turbopomp wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het verplaatsen van vloeibare stoffen zoals water en olie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van drukverhoging van deze vloeistoffen om ze in een bepaalde richting te transporteren.

Turbocompressoren
Een turbocompressor wordt gebruikt voor het realiseren van drukverhoging voor samendrukbarre gassen zoals dampen en lucht. Deze turbocompressors worden onder andere toegepast in auto’s en andere voertuigen.

Ventilatoren
Ventilatoren worden gebruikt voor het realiseren van een snelheidsverhoging van samendrukbare fluïda. Meestal worden ventilatoren gebruikt voor het verplaatsen van lucht om bijvoorbeeld een machine of ruimte te verkoelen.

Propeller
Als men een schroef met propeller in beweging brengt dan kan er een snelheidsverhoging optreden met betrekking tot propulsie.

Wat is een turbine en waarvoor worden turbines gebruikt in de techniek?

Turbines worden op verschillende manieren toegepast in de techniek. De naam turbine is afgeleid van het Latijnse woord ‘turbinis’ dit betekend in het Nederlands wervelstroom. Claude Burdin is de persoon die de naam turbine has voorgesteld in 1828 tijdens een ingenieurswedstrijd. Er bestaan verschillende soorten turbines. Men kan turbines indelen op een aantal manieren. Zo kan men turbines indelen in gasturbines, stoomturbines, windturbines en waterturbines. Zo maken waterkrachtinstallaties bijvoorbeeld gebruik van waterturbines. Deze turbines worden door water in beweging gebracht. Windturbines komen in beweging door de kracht van de wind. Naast de onderverdeling tussen de vloeistoffen en gassen die een turbine in beweging brengen kan men turbines ook op een andere manier indelen. De onderverdeling tussen impulsturbines en reactieturbines komt in de praktijk ook voor.

Hoe werken turbines?
Turbines zijn turbomachines die stromingsenergie omzetten in mechanische energie. Deze stromingsenergie kan uit een stroom vloeistof of gas bestaan en heeft een bepaalde snelheid. Als men deze stroom richt op een schoepenrad die bevestiging is aan een rad zorgt de snelheid van de stroom vloeistof of gas er voor dat het rad gaat draaien. Het is belangrijk dat de stroming goed wordt geleid in de gewenste richting. Daarom worden meestal behuizingen aangebracht rond het schoepenrad. Dit gebeurd bijvoorbeeld bij stoomturbines, gasturbines en waterturbines. Als men de stroming van het gas of de vloeistof goed stuurt in de richting van het schoepenrad draait deze effectiever en werkt de turbine beter. Doormiddel van het  roterend schoepensysteem zet de turbine de stromingssnelheid om in mechanische energie. De mechanische energie kan vervolgens worden gebruikt voor de aandrijving van een machine of een elektrische generator.

Waarvoor worden turbines gebruikt?
Turbines worden gebruikt om stromingsenergie om te zetten in mechanische energie oftewel bewegingsenergie. Hierdoor kunnen machines direct worden aangedreven maar het is ook mogelijk om turbines te gebruiken om elektriciteit op te wekken. Hiervoor worden bijvoorbeeld stoomturbines gebruikt in elektriciteitscentrales. De stoomdruk of stoomsnelheid brengt hierbij een schoepenrad in beweging. Een generator zet vervolgens deze beweging om in elektrische energie. Ook met windmolens of windturbines kan elektriciteit worden opgewekt. Deze turbines worden doormiddel van de wind in beweging gebracht. Hierbij zorgt een generator er ook voor dat de mechanische energie wordt omgezet in elektriciteit.

Hydraulische turbines kunnen worden gebruikt voor het omzetten van de stromingsenergie van water in bijvoorbeeld elektriciteit. Deze stromingsenergie ontstaat als er een hoogte verschil tussen twee waterniveaus aanwezig is en het ene waterniveau naar het andere niveau kan stromen. Het water stroomt naar het laagste punt en creëert hierdoor stromingsenergie. De hydraulische turbine kan door deze stromingsenergie in beweging worden gebracht. Daardoor gaat de hydraulisch turbine draaien en ontstaat mechanische energie die weer in elektrische energie kan worden omgezet met behulp van een generator. Meestal zijn er in een waterkrachtcentrale meerdere hydraulische turbines aanwezig.

Turbine of compressor
In de techniek worden ook compressoren gebruikt. De werking hiervan is juist omgekeerd. Doormiddel van elektriciteit wordt een schoepenrad in beweging gebracht waardoor luchtdruk ontstaat. Deze luchtdruk kan worden gebruikt voor pneumatiek. Pneumatische systemen kunnen worden gebruikt om machines in beweging te brengen.

Wat is een pomp en hoe werkt een pomp?

Pompen worden in de werktuigbouwkunde veel gebruikt. Zo worden pompen onder andere gebruikt in de vorm van een brandstofpomp bij dieselmotoren. In elektriciteitscentrales wordt gebruik gemaakt van koelwaterpompen en voedingswaterpompen. Daarnaast worden onder andere in zuivelfabrieken veel pompen toegepast. Pompen verbruiken veel energie. In totaal verbruiken pompen ongeveer tien procent van het totale elektriciteitsverbruik op de wereld. Dit is een heel hoog percentage. Daarom wordt gekeken naar het rendement van pompen. Hieronder wordt een definitie gegeven van een pomp en wordt de werking van een pomp uitgelegd. Ook de onderwerpen opbrengst en rendement van pompen worden beschreven.

Definitie van een pomp
Een pomp kan als volgt worden gedefinieerd: een pomp is een werktuig dat wordt gebruikt om vloeistoffen en gassen te verplaatsen en geeft doormiddel van snelheidsverhoging of drukverhoging energie af.

Een pomp verplaatst vloeistoffen en gassen van een lager niveau naar een hoger niveau. Daarnaast kan een pomp worden gebruikt om vloeistoffen van een lagedruk reservoir naar een hogedrukreservoir te verplaatsen. Dit transport kan op verschillende manieren plaatsvinden. Daarom worden pompen die gebruikt worden voor vloeistoffen ingedeeld in twee hoofdgroepen. Deze hoofdgroepen zijn de verdringerpompen en de centrifugaalpompen.

Naast vloeistoffen kunnen ook gassen zoals lucht worden verplaatst doormiddel van een pomp. Hierbij kan gedacht worden aan pompen die worden gebruikt voor pneumatiek. Wanneer een pomp wordt gebruikt voor gassen spreekt men ook wel over compressoren. En compressor wordt gebruikt voor drukverhoging van lucht. Ook kan een ventilator worden gebruikt voor de snelheidsverhoging van lucht.

Wanneer men het over een pomp heeft bedoelt men meestal een werktuig dat gebruikt wordt om vloeistoffen te verplaatsen. Hieronder wordt de werking van een pomp uitgelegd. De werking van een compressor komt in een ander document van deze site aan de orde.

Hoe werkt een pomp?
Een pomp zorgt voor een drukverschil. Hierdoor ontstaat een verschil in de druk tussen de kant die vloeistof aanzuigt en de kant die vloeistof weer weg stuwt.  Om dit proces in werking te zetten wordt gebruik gemaakt van een motor. Een pomp kan zowel door een verbrandingsmotor worden aangedreven als door een elektromotor. Deze motor zorgt voor mechanische energie. Deze mechanische energie wordt door de pomp omgezet in potentiële energie in de vorm van druk. Daarnaast kan de pomp ook mechanische energie omzetten in kinetische energie oftewel een verhoging van de snelheid van een vloeistof.

De opbrengst van een pomp
De opbrengst van een pomp wordt beoordeeld aan de hand van de hoeveelheid of het volume van de vloeistof die door een pomp wordt verplaatst binnen een bepaald tijdsbestek. De opbrengst van de pomp kan worden aangeduid in kubieke meters vloeistof die de pomp per seconde verplaatst. Ook kan de opbrengst van een pomp worden weergegeven in het aantal kubieke meters vloeistof per uur dat door de pomp wordt getransporteerd. De opbrengst van de pomp is belangrijk bij het berekenen van het rendement van een pomp.

Het rendement van een pomp
Pompen hebben een bepaald rendement. Het rendement van pompen kan verschillen. Dit rendement is in feite de opbrengst van een pomp ten opzichte van de energie die de pomp nodig heeft om arbeid te verrichten. Met andere woorden het afgegeven vermogen wordt vergeleken met het opgenomen vermogen. Een pomp met een goed rendement wordt een hoogrendementpomp genoemd.

Wat is een compressor en waarvoor wordt een compressor gebruikt?

Compressors zijn apparaten die worden gebruikt om lucht te comprimeren tot de gewenste druk om arbeid te kunnen verrichten. Een compressor zuigt hiervoor lucht aan uit de omgeving. De lucht komt in de compressor terecht en wordt daar op druk gebracht. Hierdoor wordt de druk van de lucht hoger dan de omgeving. Een compressor creëert in feite luchtdruk. Dit kan op verschillende manieren worden gedaan. Er zijn verschillende soorten compressoren op de marktaanwezig. Een belangrijk verschil zit in de manier waarop lucht op de gewenste druk wordt gebracht.

Verschillende soorten compressors
Compressors kunnen lucht doormiddel van zuigers op druk brengen. Dit zijn de zogenoemde zuigercompressors. Deze compressors worden veel gebruikt. Naast zuigercompressors zijn er ook compressors die lucht doormiddel van schroeven op druk brengen. Dit zijn schroefcompressors. Bij dit type compressor wordt lucht op druk gebracht door twee parallel geplaatste schroeven met in elkaar grijpende schroefprofielen. De assen van de schroeven zijn tegengesteld waardoor lucht in één bepaalde richting wordt gedrukt. Schroefcompressors leveren meer lucht dan zuigercompressors. De hiervoor genoemde compressors worden het meeste toegepast. Naast deze compressorsoorten zijn er ook nog andere compressors zoals schoepencompressors en membraamcompressors.

Hoe werkt een compressor?
met een compressor wordt lucht op een bepaalde druk gebracht. De luchtdruk wordt uitgedrukt in bar. Met een compressor kan een luchtdruk worden gerealiseerd van 6 bar of meer. Het is belangrijk dat er continue luchtdruk aanwezig is die door de compressor wordt gegenereerd. Wanneer deze luchtdruk weg zou vallen kan het systeem waarop de compressor is aangesloten ook stil komen te liggen. Daarom kan op de compressor een ketel worden aangesloten. In deze ketel wordt lucht op de gewenste luchtdruk gehouden. Hierdoor functioneert de ketel als buffer.

Het is echter ook mogelijk om de perslucht vanuit de compressor meteen op een slang te zetten waardoor in de slang lucht met een bepaalde druk kan worden getransporteerd. Dit kan bijvoorbeeld worden gebruikt voor pneumatiek. Een compressor heeft minimaal één uitgang waar een persluchtslang op kan worden aangesloten. Vaak zijn er meerdere uitgangen waardoor meerdere slangen tegelijk van perslucht kunnen worden voorzien. Aan het uiteinde van de persluchtslang kunnen pneumatische gereedschappen worden geplaatst. Ook kan de compressor doormiddel van een persluchtslang worden verbonden aan een productiesysteem. Een compressor gebruikt veel energie om lucht op druk te brengen. Daarom moet een compressor niet onnodig ‘draaien’ als er geen perslucht nodig is.

Wat is pneumatiek en waarvoor wordt het gebruikt?

Pneumatiek is een techniek waarbij samengeperste gassen worden gebruikt om systemen in beweging te krijgen. Meestal wordt voor pneumatiek gewoon lucht gebruikt. Het woord pneumatiek houdt hiermee ook verband. Pneuma is namelijk het Griekse woord voor adem of wind. In het oude Griekenland werden al verschillende pneumatische systemen gebruikt. Pneumatiek draait om samengeperste lucht daarom wordt pneumatiek ook wel perslucht genoemd of een persluchtsysteem. Perslucht bevat een hogere druk dan de normale luchtdruk die aanwezig is in de buitenlucht. Net als hydrauliek valt ook pneumatiek onder de werktuigbouwkunde. Dat is niet verwonderlijk want verschillende werktuigen worden doormiddel van pneumatiek in beweging gebracht. Perslucht wordt hierbij omgezet in mechanische energie. Hoe dat gebeurd lees je hieronder.

Hoe werkt pneumatiek?
Net als bij hydrauliek en elektrotechniek werkt pneumatiek alleen effectief in een gesloten systeem. In het geval van pneumatiek moet het systeem luchtdicht zijn. Wanneer slangen gescheurd of gebroken zijn kan er onvoldoende luchtdruk worden gecreëerd om de gewenste beweging in een werktuig te realiseren. Bij pneumatiek wordt gebruik gemaakt van luchtdruk oftewel perslucht. Deze perslucht kan op verschillende manieren aansloten zijn op pneumatische slangen. Er zijn verschillende systemen waarin gebruik wordt gemaakt van perslucht hier volgt een voorbeeld van eenvoudig persluchtsysteem. Een compressor perst  lucht samen tot het gewenste aantal bar. Aan de compressor is een slang aangesloten deze slang is verbonden aan een aantal ventielen. Met ventielen wordt in de pneumatiek bepaald welke slangen wel of geen perslucht krijgen. Daarnaast wordt doormiddel van ventielen bepaald wat de druk van de perslucht is die door de pneumatische slangen heen stroom. Een ventiel is daarmee vergelijkbaar met een schakelaar in de elektrotechniek.

Wanneer het ventiel open staat stroomt de perslucht door de persluchtleiding naar bijvoorbeeld een cilinder. Een cilinder is een pneumatische actuator. Dit houdt in dat een cilinder doormiddel van pneumatiek reageert en in beweging komt.  De cilinder komt door de luchtdruk in beweging. Hierdoor wordt pneumatische energie omgezet in bewegingsenergie. Bewegingsenergie wordt ook wel mechanische energie genoemd. Doormiddel van een pneumatisch systeem kan arbeid worden verricht. Hierdoor kan pneumatiek op verschillende manieren in de werktuigbouwkunde worden toegepast. In de volgende alinea worden een aantal voorbeelden genoemd van de toepassing van pneumatiek.

Waar wordt pneumatiek voor gebruikt?
Pneumatiek wordt in verschillende machines en apparaten toegepast binnen de werktuigbouwkunde. Zo wordt pneumatiek toegepast bij het openen en sluiten van deuren in bussen en treinen. Dit is goed te horen door het sissende geluid wanneer de deuren in beweging worden gebracht. Daarnaast is het mogelijk om pneumatisch gereedschap te gebruiken bijvoorbeeld voor het vastdraaien van bouten of schroeven. Ook kan pneumatiek worden gebruikt in de procesindustrie. Bij machinelijnen zijn vaak verschillende kleppen en klepstandstellers aanwezig die doormiddel van pneumatiek / perslucht in beweging worden gebracht. Hierdoor levert pneumatiek een bijdrage aan de besturing van een productieproces.

Voordelen en nadelen van pneumatiek
Pneumatiek heeft voor en nadelen. Het voordeel van het gebruik van pneumatiek als aandrijftechniek is de lage kostprijs van een pneumatisch systeem. Daarnaast is pneumatiek een betrouwbaar systeem dat eenvoudig kan worden aangestuurd. Perslucht is daarnaast eenvoudig op te slaan. Een persluchtsysteem is behoorlijk flexibel en kan op verschillende manieren worden aangelegd en toegepast. Naast de aanschafkosten zijn ook de installatiekosten van pneumatiek niet heel hoog. Luchtdruk is niet vervuilend en is schoon waardoor het ook in de foodsector kan worden gebruikt. Dan moet echter wel gebruik worden gemaakt van het juiste smeervet.

Nadelen van pneumatiek zijn de geluiden. Het sissende geluid dat ontstaat het wegvallen van de luchtdruk door de ventielen. hoewel de aanschafkosten en installatiekosten laag zijn vallen de energiekosten vaak weer hoog uit. De compressoren gebruiken veel energie om de gewenste luchtdruk te creëren. Daarnaast bestaat er de kans dat de slangen die voor pneumatiek worden gebruikt lek raken.