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:
H = (K + f L/D)U2
/ 2g
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.
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:
- 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.
- 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.
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.
