Performance d'une pompe centrifuge dans un réseau

Courbe de réseau

Le débit généré par une pompe centrifuge dépend du relevage demandé qui lui-même dépend des caractéristiques du réseau dans lequel la pompe débite. Ce point de fonctionnement (HMT, Débit) est obligatoirement sur la courbe caractéristique de la pompe. Il se situe à l'intersection de la courbe de la pompe et de la courbe du réseau.
La courbe de réseau HMT = f(débit) est représentée par la fonction suivante:
avec:
H: perte de charge en hauteur de fluide (m)
K: coefficient de perte de charge des obstacles
f: facteur de frottement de la canalisation
L: longueur droite de canalisation (m)
D: diamètre intérieur de la canalisation (m)
U: vitesse linéaire du fluide (m/sec)
g: accélération de la pesanteur (9,81 m/sec²)

La courbe de réseau est influencée par:
 - des variations de coefficients de perte de charge d'éléments constitutifs du réseau. La pente de la courbe de réseau est modifiée. Plus le coefficient de perte de charge est important, plus la pente de la courbe de réseau sera gande. Ces variations peuvent être dûes à une vanne plus ou moins fermée, un filter plus ou moins encrassé, ....
Le graphe montre clairement que l'augmentation du coefficient de perte de charge conduit à une diminution du débit du circuit. Si le débit doit malgré tout être maintenu constant, il faudra être capable de compenser cetteaugmentation subie du coefficient de perte de charge (encrassement d'un filtre par exemple) par une diminution équivalente du coefficient de perte de charge d'un autre composant (ouverture d'une vanne par exemple).

- des variations de pression ou de niveau aux points de départ ou d'arrivée du réseau. La pente de la courbe de réseau n'est pas affectée. Seule la HMT à débit nul est modifiée. Là encore le point de fonctionnement de la pompe se déplace et le débit dans le circuit ne peut être maintenu constant. Si le débit doit magré tout être maintenu constant, la variation des conditions de départ ou d'arrivée doit être compensée en agissant sur la pente de la courbe de réseau, c'est-à-dire sur le coefficient de perte de charge d'un des composants. Classiquement on agira sur l'ouverture d'une vanne pour obtenir ce résultat.

Pompes centrifuges en parallèle

Pour augmenter la capacité d'un poste de pompage, il est fréquent de mettre en service plusieurs pompes en parallèle. Contrairement à d'autres types de pompes à déplacement positif pour lesquelles les débit individuels de chacune des pompes s'additionneront, le débit résultant d'un fonctionnement en parallèle de pompes centrifuges dépendra de l'allure des courbes de pompe et de la courbe de réseau. Le débit résultant sera toujours inférieur à la somme des débits de chacune des pompes prises individuellement.
Pour représenter graphiquement ce qui se passe, il faut:

1. construire une courbe de pompe HMT vs Débit représentant la performance de l'ensembles des pompes en parallèle. Pour cela, pour chaque valeur de HMT il faut calculer la valeur de débit résultant (A+B) comme la somme des débits individuels (A et B). Il faut noter que si les pompes sont de caractéristiques différentes, pour les HMT les plus élevées, la pompe de plus faible relevage ne pourra pas débiter.
2. prolonger la courbe de réseau pour croiser la courbe de pompe résultante précédemment tracée. Cette intersection défini le nouveau point de fonctionnement du système.

On constate que le débit total est supérieur au débit obtenu avec chacune des pompes, mais la HMT est également supérieure. Le débit généré par chacune des pompes étant sensible à la valeur du relevage, chacune des pompes débitera moins que si elle était seule.
Il faut noter que la pompe ayant le relevage le plus faible peut se trouver dans la situation de débiter moins que son minimum requis, avec pour conséquence une dégradation mécanique de la machine.

Débit minimal

Le rendement d'une pompe centrifuge est assez faible (inférieur à 50%). Cela signifie qu'au moins la moitié de l'énergie fournie à la pompe est dissipée en chaleur au sein du fluide. A faible débit, le rendement se dégrade. L'énergie dissipée dans le fluide augmente alors que le débit diminue. L'échauffement du fluide s'emballe pouvant conduire à sa vaporisation et l'apparition de phénomènes de cavitation.
De plus, le fonctionnement à faible rendement de la pompe signifie qu'une certaine instabilité hydraulique existe conduisant à des vibrations qui endommageront paliers et étanchéités.
Pour ces raisons il est nécessaire de maintenir un débit minimum au travers de la pompe. Ce débit minimum est généralement de l'ordre de 20% du débit optimal (correspondant au rendement maximum).
Pour les cas où le circuit utilisateur ne peut accepter ce débit minimum, il sera nécessaire de recycler le fluide vers l'amont. Pour éviter un échauffement excessif du fluide, son point de retoursera aussi loin que possible de la pompe.