Bước 1: Xác định lưu lượng cần bơm

Lưu lượng là thể tích chất lỏng bơm đi trong một đơn vị thời gian, thường tính bằng m³/h. Cách tính thông dụng nhất là từ thể tích cần chuyển và thời gian cho phép:

Q = V ÷ t, trong đó V là thể tích (m³) và t là thời gian (giờ).

• Chuyển 2 m³ sữa trong 12 phút (0,2 giờ): Q = 2 ÷ 0,2 = 10 m³/h.
• Dây chuyền cần 2.000 lít/giờ: Q = 2.000 ÷ 1.000 = 2 m³/h.

Với dây chuyền chạy liên tục, lưu lượng lấy theo công suất của thiết bị phía sau (máy chiết rót, thiết bị tiệt trùng, bồn phối trộn). Nên tính theo giờ cao điểm thay vì giờ trung bình.

Bước 2: Tính cột áp toàn phần

Cột áp là năng lượng bơm cần cấp để chất lỏng đi hết đường ống, tính bằng mét cột chất lỏng (m). Cột áp toàn phần gồm bốn thành phần:

• Cao trình: chênh lệch độ cao từ mặt thoáng bồn hút đến điểm xả cao nhất.
• Tổn thất ma sát đường ống: phụ thuộc đường kính, chiều dài, số co, van và tốc độ chảy. Ống lớn hơn thì tổn thất nhỏ hơn.
• Sức cản thiết bị: bộ lọc, trao đổi nhiệt, đầu phun, van điều khiển.
• Áp suất yêu cầu ở cửa xả (nếu bồn kín hoặc thiết bị phía sau cần áp): đổi sang mét theo công thức H = p (bar) × 10,2 ÷ tỷ trọng.

Sau khi cộng, nên thêm 15–20% để dự phòng khi đường ống dài hoặc nhiều co và van, và khi bộ lọc bám bẩn dần.

Lưu ý riêng cho thực phẩm: cột áp ghi trong đường cong bơm tính theo mét cột chất lỏng và không phụ thuộc tỷ trọng, nhưng số đọc trên đồng hồ áp suất thì có. Nếu bơm sản phẩm đặc hơn nước, cùng một cột áp sẽ cho áp suất cao hơn. Ngoài ra, mạch CIP thường cần cột áp cao hơn mạch sản xuất vì phải thắng sức cản của đầu phun và đường hồi. Bơm dùng chung cho cả sản xuất và CIP phải được kiểm tra ở cả hai điểm làm việc.

Bước 3: Kiểm tra tính chất của sản phẩm

Đường cong của nhà sản xuất được vẽ cho nước. Sản phẩm khác nước thì kết quả thay đổi:

• Độ nhớt: độ nhớt cao làm giảm lưu lượng và cột áp, đồng thời tăng công suất tiêu thụ. Bơm ly tâm không phù hợp với độ nhớt cao, tài liệu của Tetra Pak không khuyến nghị dùng khi độ nhớt vượt xa 500 cP. Với sản phẩm đặc như sốt, kem, mứt thì dùng bơm cánh khế hoặc bơm trục vít.
• Tỷ trọng: công suất tỷ lệ với tỷ trọng. Sản phẩm nặng hơn nước thì motor phải lớn hơn.
• Nhiệt độ: ảnh hưởng đến vật liệu gioăng, phớt và áp suất hơi bão hòa (liên quan NPSH ở bước 4).
• Hạt rắn và sợi: bơm ly tâm phù hợp sản phẩm loãng, ít hạt. Với miếng trái cây, sợi dài hay sản phẩm cần giữ nguyên cấu trúc, cần bơm khác.
• Khí lẫn trong sản phẩm: bơm ly tâm hạn chế khi sản phẩm có khí. Bơm ly tâm tiêu chuẩn cũng không tự mồi, nên bồn hút thường đặt cao hơn bơm hoặc dùng loại tự mồi.
• Vật liệu và vệ sinh: chọn inox 304 hay 316L, loại gioăng và phớt phù hợp sản phẩm, hóa chất CIP và nhiệt độ. 

Xem thêm: 

• ASME BPE là gì? Tổng quan tiêu chuẩn thiết bị xử lý sinh học
• Nên chọn bơm ly tâm thực phẩm inox 304 hay 316L

Bước 4: Kiểm tra điều kiện hút (NPSH)

Xâm thực xảy ra khi áp suất ở cửa hút của bơm xuống thấp tới mức chất lỏng sôi cục bộ, tạo bọt khí. Bọt khí vỡ ở vùng áp cao làm bơm ồn, rung, giảm lưu lượng và mòn cánh. Điều kiện để tránh xâm thực: NPSH khả dụng của hệ thống phải bằng hoặc lớn hơn NPSH yêu cầu của bơm (giá trị này nhà sản xuất cung cấp trên đường cong).

NPSH là chỉ số dùng để kiểm tra nguy cơ này. Bạn chỉ cần nhớ hai con số:

• Mức bơm cần: nhà sản xuất ghi trên đường cong của từng model.
• Mức hệ thống cấp được: phụ thuộc vào cách bạn lắp đặt đường hút.

Mức hệ thống cấp được phải lớn hơn mức bơm cần. Nếu không, bơm sẽ bị xâm thực. Bạn không cần tự tính, kỹ sư của nhà cung cấp sẽ tính giúp khi bạn gửi sơ đồ đường hút và nhiệt độ sản phẩm.

Để hệ thống cấp được nhiều hơn, bạn có thể:

• Đặt bồn chứa cao hơn bơm, để chất lỏng tự chảy xuống bơm.
• Dùng ống hút to, ngắn, ít co và van, lưới lọc sạch.
• Giữ nhiệt độ sản phẩm thấp hơn nếu quy trình cho phép.

Nếu bồn chứa đặt thấp hơn bơm hoặc sản phẩm nóng, hãy báo rõ ngay từ đầu khi chọn bơm.

Bước 5: Tính công suất

Công suất thủy lực (phần năng lượng thực sự truyền cho chất lỏng) tính theo công thức:

P (kW) = Q × H × tỷ trọng ÷ (367 × η)

Trong đó Q là lưu lượng (m³/h), H là cột áp (m), tỷ trọng so với nước (nước = 1) và η là hiệu suất của bơm (đọc từ đường cong, thường chưa đến 1). Công suất trục bơm cần lớn hơn công suất thủy lực vì có tổn thất.

Quy tắc chọn motor: lấy công suất trục tại điểm làm việc, cộng khoảng 15% dự phòng, rồi chọn motor chuẩn gần nhất phía trên. Với bơm thực phẩm trọn bộ như HLS, motor đã được ghép sẵn theo từng model, nên bài toán thực tế là chọn đúng model, không phải chọn riêng motor. Lưu ý kiểm tra motor không bị quá tải ở toàn dải lưu lượng bơm có thể chạy tới.

Bước 6: Đọc đường cong và chọn model

Đường cong bơm cho biết mối quan hệ giữa lưu lượng và cột áp (cùng với công suất và NPSH yêu cầu). Cách đọc:

1. Từ giá trị lưu lượng cần bơm trên trục hoành, gióng thẳng lên đến mức cột áp đã tính ở bước 2. Đó là điểm làm việc.
2. Nếu không có đường cong cánh nào đi qua hoặc cao hơn điểm này, chọn cánh lớn hơn hoặc model lớn hơn.
3. Chọn model sao cho điểm làm việc gần vùng hiệu suất cao nhất. Bơm chạy quá xa vùng này sẽ rung, ồn và mòn nhanh.
4. Kiểm tra NPSH yêu cầu ở điểm làm việc so với NPSH khả dụng.

Nếu model chọn cho cột áp lớn hơn nhu cầu, bơm sẽ chạy ở lưu lượng cao hơn điểm tính toán. Có ba cách đưa lưu lượng về đúng nhu cầu:

• Van tiết lưu ở cửa xả: đơn giản, linh hoạt, nhưng tốn năng lượng nếu chạy lâu ở một điểm cố định.
• Cắt nhỏ đường kính cánh: kinh tế hơn nhưng ít linh hoạt.
• Biến tần: giảm tốc độ motor theo lưu lượng cần, linh hoạt và tiết kiệm điện nhất. Lưu ý đường cong gốc của nhà sản xuất tính cho tốc độ định mức.

Ví dụ 1: Dây chuyền 2.000 lít/giờ

Một dây chuyền đồ uống cần chuyển 2.000 lít/giờ từ bồn chứa lên bồn cao hơn. Các số liệu hệ thống dưới đây là giả định để minh họa; người đọc thay bằng số liệu thực của mình.

• Lưu lượng: 2.000 lít/giờ = 2 m³/h.
• Cột áp: cao trình 6 m + tổn thất đường ống 3 m = 9 m. Cộng 20% dự phòng: 9 × 1,2 = 10,8 m.
• Công suất thủy lực (sản phẩm có tỷ trọng gần nước): 2 × 10,8 × 1 ÷ 367 ≈ 0,06 kW. Công suất rất nhỏ, motor của bơm sẽ do model quyết định.
• Chọn model: điểm làm việc là 2 m³/h và 10,8 m. Theo catalog Carten, HLS-10 là cỡ nhỏ nhất, định mức 3 m³/h, cột áp 19 m, motor 0,75 kW. Lưu lượng và cột áp định mức đều lớn hơn nhu cầu, nên bơm đáp ứng được. Đưa lưu lượng về 2 m³/h bằng van tiết lưu hoặc biến tần.

Ví dụ 2: Chuyển 5 m³ sữa trong 20 phút

Một nhà máy cần chuyển 5 m³ sữa (tỷ trọng khoảng 1,03) trong 20 phút. Số liệu hệ thống dưới đây cũng là giả định.

• Lưu lượng: 20 phút = 1/3 giờ, nên Q = 5 ÷ (1/3) = 15 m³/h.
• Cột áp: cao trình 8 m + ma sát đường ống 4 m + bộ lọc 3 m = 15 m. Cộng 20% dự phòng: 15 × 1,2 = 18 m.
• Công suất thủy lực: 15 × 18 × 1,03 ÷ 367 ≈ 0,76 kW.
• Công suất trục: nếu hiệu suất bơm tại điểm này khoảng 50% (giả định, thực tế đọc từ đường cong), công suất trục ≈ 0,76 ÷ 0,5 ≈ 1,5 kW. Cộng 15% dự phòng: khoảng 1,75 kW.
• Chọn model: đối chiếu bảng Carten HLS, HLS-22 chỉ có 11 m³/h nên không đủ lưu lượng. HLS-30 có định mức 16 m³/h, 24 m, motor 3,0 kW, đáp ứng cả lưu lượng (16 ≥ 15) và cột áp (24 ≥ 18). Motor 3,0 kW lớn hơn công suất trục ước tính 1,75 kW nên đủ.
• Lưu ý: cột áp định mức (24 m) cao hơn cột áp cần (18 m), nên khi chạy thực bơm sẽ ở lưu lượng cao hơn 15 m³/h trên đường cong. Cần tiết lưu hoặc dùng biến tần để đưa về 15 m³/h và giữ motor không quá tải.

Chọn bơm ly tâm thực phẩm Carten HLS theo lưu lượng và cột áp

Dòng bơm ly tâm thực phẩm Carten HLS làm việc ở tốc độ 2.900 vòng/phút, cánh hở không có góc chết, thân inox 304 hoặc 316L, thiết kế theo tiêu chuẩn vệ sinh 3-A. Áp suất đầu vào tối đa 0,5 MPa, nhiệt độ làm việc từ -10°C đến 140°C với gioăng EPDM. Bơm dùng cho sữa, đồ uống, chế biến thực phẩm, dược phẩm và hóa chất tinh khiết. 

Từ HLS-55 trở lên, mỗi model có hai loại cánh: lưu lượng cao cột áp thấp, hoặc lưu lượng thấp cột áp cao, nên khi chọn cần cung cấp cả lưu lượng và cột áp thực tế. Dòng HLS gồm 12 cỡ, từ HLS-10 đến HLS-300; bảng dưới đây giới thiệu một số cỡ tiêu biểu.

Bơm HLS không tự mồi, nên cần lắp với bồn hút cấp liệu ngập hoặc có biện pháp mồi. Với điều kiện hút khó, nên tính NPSH kỹ như ở bước 4.

Xem thêm: Phớt cơ khí bơm ly tâm thực phẩm: phớt đơn, phớt đôi dùng khi nào

Những sai lầm thường gặp khi chọn bơm ly tâm thực phẩm

• Chọn theo công suất motor thay vì theo điểm làm việc
• Bỏ qua tổn thất đường ống và thiết bị
• Không dự phòng cột áp
• Đặt bồn hút thấp hơn bơm, ống hút nhỏ hoặc dài
• Chọn bơm ly tâm cho sản phẩm quá nhớt hoặc có miếng lớn
• Chỉ tính cho mạch sản xuất, quên mạch CIP
• Chạy bơm khi chưa mồi hoặc hết sản phẩm
• Điều chỉnh lưu lượng bằng tiết lưu liên tục

Để chọn đúng model HLS, bạn chỉ cần gửi cho Hải Nam bốn thông tin: lưu lượng cần bơm (m³/h), cột áp tính được hoặc sơ đồ đường ống, tên sản phẩm kèm nhiệt độ và độ nhớt, và có chạy CIP hay không. Kỹ sư sẽ đối chiếu với đường cong, chọn cánh và model phù hợp, kể cả các model có hai loại cánh từ HLS-55 trở lên. Toàn bộ dòng bơm có tại danh mục bơm ly tâm thực phẩm, hoặc gọi hotline 0908 095 139.

Xem thêm: Máy bơm nước ép công nghiệp: giải pháp hiệu quả cho nhà máy sản xuất