Éléments finals 243-5D5-RI
Module 10 Pompes Module 10
Pompes
Théorie sur le débit
Le débit est décrit comme étant un volume de liquide pompé pendant une certaine période de temps.
La grandeur (size) d’une pompe détermine la quantité de fluide circulant au travers de celle-ci.
C’est pourquoi le débit est toujours un critère important lors de la sélection des pompes.
Les débits de liquide sont mesurés:
L/min pour les petites pompes
m 3 /hr pour les pompes de grosseur moyenne
m 3 /sec pour les grosses pompes
Analogie : Électricité – Mécanique de fluides (contrôle de débit)
Source de tension Pompe
Vs Charge
Procédé R int
La résistance interne fixe de la source ne permet pas de
maintenir un courant constant peu importe la charge.
La friction dans les conduits, les coudes et autres obstacles ainsi que la hauteur de
pompage ont un impact sur la performance de la pompe.
Mécanique des fluides
Analogie : Électricité – Mécanique de fluides (contrôle de débit)
Source de tension Pompe
Vs Charge
V c ha rg e
Courant
Procédé
P re ss io n
Débit R int
Mécanique des fluides
Analogie : Électricité – Mécanique de fluides (contrôle de débit)
Source de tension Pompe
Vs Charge
Procédé R int Rég.
On introduit un potentiomètre de réglage qui créera une chute de potentiel variable de façon à maintenir le courant constant.
On introduit une vanne de
régulation qui créera une chute de pression variable pour
maintenir le débit constant.
Mécanique des fluides
Caractéristiques : charte de couverture
Pompes centrifuges
La charte de couverture aide à faire une sélection préliminaire en permettant de comparer plusieurs pompes d’un même modèle mais de grosseurs différentes à la même vitesse.
Cette charte aide à cerner le choix des pompes qui
satisferont les besoins du système.
Exemple : 2x3-13 où
Diamètre de la sortie (discharge) = 2po ; Diamètre de l’entrée (succion) = 3po ;
Hauteur entre l’impulseur et la sortie : 11,5 po.
(réf. : https://www.gouldspumps.com/ittgp/medialibrary/goulds/website/Products/3196-i-FRAME/3196_i_FRAME_bulletin.pdf?ext=.pdf
Caractéristiques : courbes caractéristiques
Pompes centrifuges
Cette figure montre une charte
typique de courbes caractéristiques pour une pompe centrifuge d’un modèle, grosseur et vitesse donnée.
Cette charte présente les informations pour une gamme de diamètre d’impulseurs en incréments de 1/2" de 7 1/2" jusqu’à 9 1/2".
Les impulseurs sont fabriqués initialement au diamètre le plus gros pour un modèle de pompe donné et sont ensuite réduis à la grosseur requise pour l’application.
Caractéristiques : courbes caractéristiques
Pompes centrifuges
Une courbe caractéristique est un tracé de la hauteur de charge totale vs. le débit pour une vitesse et un diamètre
d’impulseur donnés.
Le tracé de la courbe commence au débit nul, le point A dans la figure.
À partir de ce point, la hauteur de charge va en décroissant et s’arrête à son niveau le plus bas au point B.
Ce point est le point de débit maximum de la pompe, la pompe ne peut opérer avec fiabilité passer ce
point.
La gamme d’opération de la pompe est
entre le point A et B.
Caractéristiques : courbes caractéristiques
Pompes centrifuges
Le rendement de la pompe varie par rapport au débit. Cette information est essentielle pour faire le calcul de la puissance requise du moteur.
Le P.R.M. (point de rendement maximal) est le point ou la pompe opère à son rendement maximale. Tous les points à droite ou à gauche du P.R.M. on un rendement plus bas.
L’impulseur est sujet à des forces axiales et radiales qui deviennent de plus en plus grandes plus on s’éloigne du P.R.M..
Ces forces se manifestent en vibration dépendant de la vitesse et du type de
construction de la pompe. Le point où les forces et le niveau de vibration sont minimaux est au P.R.M.
Caractéristiques : courbes caractéristiques
Pompes centrifuges
Quand on sélectionne une pompe, un des critères est le rendement. Une bonne
pratique est d’examiner plusieurs chartes de courbes caractéristiques pour s’assurer qu’on sélectionne la pompe avec le
rendement optimale.
À noter: les courbes caractéristiques des pompes sont basées sur des essaies en laboratoire avec de l’eau. On ne peut utiliser ces courbes directement avec des fluides qui ont une viscosité différente de l’eau. On doit corriger les valeurs de la courbe avec des facteurs de correction.
Ces facteurs de correction s’appliquent à
la hauteur de charge totale, le débit et le
rendement de la pompe.
NPSH disponible
Imaginez un tube vertical rempli d'eau.
Pour soulever cette colonne d'eau, il faudrait une dépression en haut de la colonne au moins égale à la pression (générée par le poids de l'eau) en bas du tuyau.
Plus la colonne est haute, plus cette dépression doit être importante.
Si la dépression nécessaire pour soulever la colonne d'eau fait tomber la pression du liquide au-dessous du seuil de pression de vapeur saturante, le liquide se vaporise dans la zone où la pression est la plus basse (en général au point d’accélération maximum du fluide) alors il y aura cavitation.
La hauteur d'eau à l'aspiration limite donc la dépression qu’il est possible de créer sans qu'il se vaporise.
Si la hauteur d'eau est trop importante pour être soulevée sans se vaporiser, il faudra placer des pompes intermédiaires.
Cette dépression possible avant cavitation se nomme NPSH disponible.
NPSH disponible
NPSH = Net Positive Suction Head.
Formule: (P atm + Hauteur statique-Pression de vapeur de l’eau à la
température actuelle-perte de pression dans les tuyaux)
NPSH requis
Jusqu’ici on a seulement soulevé cette colonne d'eau sans l'accélérer.
Pour qu'un liquide se déplace à un certain débit la pompe doit générer une dépression supplémentaire.
Cette dépression doit être d'autant plus grande que le débit désiré est important.
Cette dépression supplémentaire liée au débit de la pompe se nomme le
NPSH requis.
NPSH requis
Le NPSH requis :
est habituellement représentée par le fabricant de pompe sous la forme d'un graphique où une courbe lie le NPSH requis au débit sous forme d’un mcf (minimum continuos flow) ;
Si une colonne d'eau est si lourde qu'elle ne laisse la possibilité de l'aspirer que très faiblement (NPSH disponible) avant de caviter, il faudra se contenter d'une faible aspiration supplémentaire (NPSH requis) donc d'un faible débit ; Le NPSH requis est le NPSH disponible minimal que doit avoir la pompe sous peine de cavitation;
Si la hauteur d'eau est trop importante pour être mise en mouvement sans
caviter, il faudra placer des pompes intermédiaires.
Caractéristiques : courbes caractéristiques
Pompes centrifuges
Les courbes de hauteur de charge nette positive à l’aspiration (N.P.S.H.) requis :
Le manufacturier de la pompe spécifie le N.P.S.H. requis pour chaque point d’opération de la courbe caractéristique de l’impulseur pour assurer le bon fonctionnement de la pompe au débit spécifié.
Le N.P.S.H. requis augmente quand le débit augmente.
On a donc besoin plus de hauteur de charge de pression à l’aspiration quand le débit augmente. Il faut garder à l’esprit que le N.P.S.H. est une hauteur de charge et par définition les hauteurs de charge sont indépendantes de la densité.
Le N.P.S.H. requis pour le débit maximum au rendement maximal dans le graphique est approximativement 3.2 pieds absolus.
Cette valeur est plutôt basse.
Le N.P.S.H. disponible est souvent beaucoup plus élevée dans la plupart des systèmes industriels et il n’est donc pas difficile d’assurer le bon fonctionnement de la pompe.
Caractéristiques : courbes caractéristiques
Pompes centrifuges
LA SÉLECTION DU DIAMÈTRE DE L’IMPULSEUR Souvent le point d’opération est situé entre deux courbes caractéristques sur la charte.
On peut calculer le diamètre exact de l’impulseur en faisant une interpolation linéaire. Par exemple, si le point d’opération tombe entre les diamètres d’impulseur
9" et 9 1/2", l’équation suivante donnera la bon diamètre:
ΔDOP: diamètre de l’impulseur requis à la hauteur de charge totale de la pompe;
ΔHOP: la hauteur de charge totale de la pompe au point d’opération;
ΔH9: la hauteur de charge totale de la pompe à l’intersection de la courbe de 9” et le débit d’opération;
ΔH91/2: la hauteur de charge totale de la pompe à l’intersection de la courbe de 9 1/2” et le débit d’opération.
Caractéristiques : courbes caractéristiques
Pompes centrifuges
Il est prudent de sélectionner une pompe ou il sera possible d’augmenter ou diminuer le diamètre de l’impulseur pour augmenter ou diminuer le débit dans le système.
Il est recommandé de sélectionner une pompe qui aura un diamètre d’impulseur entre 1/3 et
2/3 de la gamme disponible et permettant d’opérer dans la zone de haut rendement. Aussi
on doit éviter d’aller trop loin d’un côté ou l’autre du P.R.M., on devrait restreindre notre
sélection à des points qui se trouve dans la zone sélection de préférence.
Caractéristiques : NPSH fct de la Pression de vapeur saturante
Pompes centrifuges
Caractéristiques : NPSH : exemple de calcul (pompe en succion)
Pompes centrifuges
Caractéristiques : NPSH : exemple de calcul
Pompes centrifuges
Pertes dans la tuyauterie : friction dans les conduits
Courbe du système
Pertes dans la tuyauterie : pertes dans les raccords (en pied de tuyau)
Courbe du système
Hauteur statique
Courbe du système
Hauteur statique (indépendante du débit)
Courbe du système
La courbe de système est un tracé de la hauteur de charge totale vs. le débit pour un système donné.
La forme de la courbe du système dépend
des particularités du système.
Déplacement du point d’opération avec vanne de contrôle :
Courbe du système
Déplacement du point d’opération avec variateur de vitesse :
Pompe à vitesse variable
Poussée Radiale et Axiale
Au démarrage, la pompe doit être en mesure de bâtir suffisamment de pression pour atteindre Zhaut – Z1.
Par la suite, la pression requise ne sera plus que Z2 – Z1.
Cas particulier
La hauteur de charge à débit nul est la hauteur de charge totale produite par la pompe au débit zéro. La hauteur de charge à débit nul est importante pour 2 raisons:
1. Dans certains systèmes, le tuyau de décharge de la pompe doit se rendre à un niveau élevé avant de
redescendre vers le réservoir de décharge (comme le RAM).
Lors du départ de la pompe, le fluide doit en premier se rendre au niveau le plus haut avant de redescendre. Si la hauteur de charge à débit nul est inférieur à la
hauteur statique correspondante au point le plus haut on ne pourra établir l’écoulement dans le système.
2. Durant le départ d’une nouvelle pompe, une façon rapide d’évaluer la pompe et de juger si elle a la
capacité de fournir le débit à la pression requise est de mesurer sa hauteur de charge à débit nul.
