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Principes fondamentaux des pompes


Classification des pompes

On distingue:
- les POMPES VOLUMETRIQUES ROTATIVES:
A vis, à engrenages ou péristaltiques.
Le mouvement des vis, des engrenages ou des galets écrasant un tuyau souple, repousse continuellement le liquide.
Bien adaptées aux liquides visqueux non abrasifs.

- les POMPES VOLUMETRIQUES ALTERNATIVES:
Un piston se déplaçant alternativement, aspire et refoule le liquide au travers d'un dispositif à clapets.
Bien adapté aux liquides visqueux et abrasifs.
Le débit est irrégulier et si nécessaire un amortisseur de pulsation peut être installé.


- les POMPES CENTRIFUGES:
Un impulseur tourne à grande vitesse à l'intérieur d'un corps de pompe en imprimant une vitesse au liquide.
Permet des débits élevés.
Réservé aux liquides fluides.

Energie de pompage

L'énergie absorbée par la pompe se décompose en:
- l'énergie mécanique fournie au liquide:
Pméca = 9,81 x Débit x MassVol x Haut
ou bien
Pméca = Débit x Press
avec:
Pméca: puissance en Watts
Débit: débit en m3/sec
MassVol: masse volumique du liquide en kg/m3
Haut: hauteur de relevage de la pompe en m
Press: différence de pression générée en Pascal

- l'énergie dégradée exprimée par le rendement de la pompe
Pabs = Pméca / Rdt

Dans les pompes centrifuges, l'essentiel de l'énergie dégradée échauffe le liquide pompé.
Dans les pompes alternatives, l'essentiel de l'énergie dégradée l'est dans les transmissions mécaniques et n'est pas communiquée au liquide.

NPSH

Toute pompe, qu'elle soit à déplacement volumétrique ou centrifuge, provoque à son aspiration une dépression.
Si cette dépression est telle qu'elle provoque l'apparition de bulles de gaz, par vaporisation du liquide ou bien par dégazage, le pompage cesse.
Le pompage cessant, la dépression cesse aussi et les bulles de gaz formées peuvent brûtalement disparaitre. Ce phénomène appelé cavitation, entraîne des variations incontrôlées du débit de pompage, et souvent une déterioration rapide de la pompe elle-même.

La cavitation peut être évité en maintenant à l'aspiration une pression suffisante. C'est le NPSH (Net Positive Suction Head), exprimé en hauteur de liquide.
On distingue:
- le NPSH requis
- le NPSH disponible

NPSH requis

C'est la hauteur minimum de liquide (supposé à sa température d'ébullition), nécessaire au-dessus de l'aspiration, pour empêcher la cavitation.
Il dépend:
- du type de pompe
- du point de fonctionnement
Il est donné par le fabricant de la pompe sous la forme d'une courbe donnant le NPSH requis (en mètre de liquide) en fonction du débit.
Exprimé ainsi (en mètres de liquide), le NPSH est indépendant de la nature du liquide pompé.
Il est toujours positif et généralement de quelques mètres (2 à 5 mètres)
Quelques pompes spéciales, dites à faible NPSH autorisent des valeurs inférieures à 1 mètre.

NPSH disponible

Exprimé en mètres de liquide, c'est la hauteur de liquide (supposé à sa température d'ébullition) effectivement présent au dessus de l'aspiration de la pompe. C'est une propriété du système utilisant la pompe.
Pour assurer un fonctionnement correcte de la pompe, le NPSH disponible doit toujours être supérieur au NPSH requis.
L'évaluation du NPSH disponible doit tenir compte de:
- la température réelle du liquide
- la perte de charge dans la ligne d'aspiration
Si la température du liquide est inférieure à son point d'ébullition, le NPSH disponible est crédité de la hauteur de liquide équivalente à la différence entre sa pression réelle à sa surface et sa tention de vapeur.
Le NPSH disponible pourra même être positif alors que la surface du liquide est inférieure à l'aspiration (hauteur physique négative)
La perte de charge dans la ligne d'aspiration, exprimée en hauteur équivalente de liquide, doit être retranchée de la hauteur de liquide physiquement présente au dessus l'aspiration de la pompe.

Exemple:
De l'eau à 100°C doit être pompée d'une capacitée maintenue sous une pression d'air de 2 bars effectifs, et dont la surface libre est à 1 mètre au dessus de l'aspiration de la pompe. Au débit souhaité, la ligne d'aspiration crée une perte de charge de 100 mbars
A 100°C la tension de vapeur de l'eau est de 1 bar absolu alors que la pression au dessus de la surface du liquide est 3 bars absolus. Le liquide n'est donc pas à son point d'ébullition et le crédit de NPSH est donc de:
(300000-100000)/msvol/9,81
mais la perte de charge dans la ligne d'aspiration est équivalente à:
10000/msvol/9,81
avec:
300000-100000: différence entre la pression de la capacité et la tension de vapeur en Pascals
10000: perte de charge en Pascals
msvol: masse volumique de l'eau à la température de 100°C en kg/m3
9,81: accélération de la pesanteur en m/sec2

Le NPSH disponible est donc:
((300000-100000)/990/9,81)+1-(10000/990/9,81)= 10,3 m


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