POMPES A LIQUIDES Fournir la charge au fluide pour : relever à un niveau supérieur assurer l’écoulement à un débit 2 grands groupes (à réviser le cours de 1ère) •
Pompes hydrodynamiques (Turbo- pompes) Ex : centrifuge, à hélice
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Pompes volumétriques ♦ Alternatives Ex : à piston, à diaphragme, etc. ♦ Rotatives Ex : à vis, à engrenage, à palettes, péristaltiques, péristaltiques, etc.
Caractéristiques des Pompes •
Débit (capacité) Volume déplacé par l’appareil pdt. unité de temps
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Puissance (2 types)
-
Puissance utile
Pu - délivrée au fluide
Pu : puissance utile (W) qv : débit volumique (m 3.s-1) qm : débit massique (kg.s -1) -3 ρ : masse volumique (kg.m ) g : 9,81 m.s-1 Hmt : hauteur mano. (énergétique) totale (m) -
Puissance effective Pa–absorbée par l’arbre du moteur Rendement
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Hauteur manométrique totale : H mt 1 /7
Accroissemnt d’énergie communiquée entre aspiration et refoulement.
P2 ,u2
ha : hauteur géométrique d’aspiration hr : hauteur géométrique de refoulement h = h a + hr : hauteur géométrique totale Δhc : perte de charge totale de la
hr
Z2
ha
conduite (J) Hmt : hauteur manométrique totale de la pompe entre 2 réservoirs
Hmt = ha + hr + J
P u Z1
D’après théorème de Bernoulli
réservoirs identiques
Hmt = hauteur géométrique + perte de charges + différence de P dans les réservoirs exprimée en hauteur Valeur limite d’aspiration : ha (hauteur manométrique maximale d’aspiration) : C’est la distance verticale théorique qui peut exister entre le liquide à pomper et la pompe. •
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Elévation du liquide par pompe est limitée à une certaine hauteur où à l’entrée de la pompe
Pa, ua
Eq.* ha
P1, u1
Donc il y a une hauteur d’aspiration maximale à ne pas dépasser.
Cette hauteur dépend : 1. Pression sur le liquide (P T ) ha ↑ si PT ↑ 2. Pression de vapeur saturante du liquide (P vs) ha ↑ si Pvs ↓ 3. ρ du liquide ha ↑ si ρ ↓ 4. pertes de charge ha ↑ si J ↓ Dans la pratique il faut une certaine P min. (pression d’aspiration) à l’entrée de la pompe pour maintenir en tout point du fluide une pression supérieure à la P vs Si
Pa = Pvs
on n’aspire plus que des vapeurs et la pompe cavitera. Car il y a cavitation chaque fois que la pompe aspire un mélange liquide-vapeur.
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CAVITATION si Pa < Pvs Bulles de vapeur dns canalo conduites dns le corps de pompe où P est plus forte bulles se condensent brusquement explosions des bulles (vaporisation) (vaporisation) implosion des bulles (condensation) dégradation des surfaces vibrations baisse de puissance et débit Pour éviter ce phénomène il faut que la somme de pression statique et de pression dynamique à l’entrée de la pompe (P tE) soit supérieure à la P vs.
Remarques : 1) Chaque fois qu’on le peut il est préférable de placer la pompe en charge sous le réservoir. 2) Une pompe montée en aspiration est difficile à amorcer 3) Si c’est nécessaire on peut exercer une pression sur le liquide à pomper pour favoriser l’amorçage de la pompe. 4) Pour toutes les pompes le constructeur définit la pression nette absolue admissible à l’entrée de la pompe (NPSH) Pt(entrée) > P vs + NPSH si pompe fonctionne correctement
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Le critère qui sert à définir la pression nécessaire à l’aspiration pour obtenir un bon fonctionnement de la pompe, c’est à dire pour maintenir en tout point du fluide une pression supérieure à la pression de vapeur saturante, est le « ‘NPSH » (sigle de l’abréviation l’abréviation anglo-saxonne de « Net Positive Suction Head » over vapour pressure). Cette caractéristique, caractéristique, donnée par le constructeur est qualifiée de « NPSH requis ». Elle tient compte en particulier de la chute de pression que subit le fluide lors de son accélération à l’entrée de la roue. La pompe ne fonctionnera correctement que si la pression totale à l’entrée p A est supérieure à la somme Pvs + NPSH requis. requis. On appelle appelle « NPSH disponible » la différence entre la pression totale à l’entrée et la pression de vapeur saturante :
Pour qu’une pompe fonctionne normalement (sans cavitation), il faut que le NPSH disponible (calculé) soit supérieur au NPSH requis (indiqué par le constructeur). NPSH disponible > NPSH requis
Les conditions d’aspiration sont d’autant meilleures que la différence entre les deux est grande.
En conclusion, on peut dresser une liste de conseils à respecter, si le procédé le permet, pour éviter la cavitation: . préférer si possible les montages de pompes en charge. . éviter de transporter des liquides à des températures trop élevées. . éviter une alimentation à partir d'un réservoir sous pression réduite. . diminuer les pertes de charge du circuit d'aspiration. Si ces conseils ne peuvent être appliqués en raison des exigences du procédé, il ne reste plus qu'à trouver une pompe dont les caractéristiques montrent des valeurs de N.P.S.H.requis suffisamment faibles. 5 /7
Couplage des pompes :
En série : La plus part des pompes centrifuges sont limitées à 40-50 m de hauteur manométrique totale. 2 pompes identiques en série : Pour augmenter la hauteur manométrique totale sans modifier le débit. qv P1+P2
qv
Hmt 2h1
P2
2
P1
h1
qv
En parallèle : Pour augmenter le débit sans modifier la hauteur manométrique de l’ensemble.
qv-1
Hmt P
qv-1 + qv-2
qv-2 P
qv-1
qv-2
qv
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Exercice (BAC 98) : Une pompe centrifuge permettant de transférer une solution à 22 % en masse d’éthanol assure un débit de 4500 l.h -1. Sachant que cette pompe élève le liquide de 20 m, que la canalisation comporte 2 vannes, un coude et un diaphragme, qu’elle a une longueur totale de 45 m, calculer : 1) la hauteur manométrique totale 2) la puissance fournie au liquide 3) le rendement de la pompe si sa puissance électrique est de 400 watts. Données et formules masse volumique du liquide = 960 kg.m-3 La tuyauterie crée une perte de charge de 5 cm par mètre de canalisation. Pertes de charge créées par les différents accidents ont pour valeur : vanne = 0,5 m de fluide chacune coude = 0,1 m de fluide diaphragme = 0,65 m de fluide g = 9,81 unité SI P1 = P2, u1 = u2 Théorème de Bernoulli généralisé : z1+
+
_
J + Hmt= z2 +
+
Corrigé : 1) z 1 – J + Hmt = z 2 J = 45x5x10-2 + 2x0,5 + 0,1 + 0,65 = 4 m, z2 – z1 = 20 m donc Hmt = 24 m de fluide 2) Putile = qv.ρ.g.Hmt = 1,25x10-3 x960x9,81x24 = 283 W qv = 4500x10-3/3600 = 1,25x10-3 m3.s-1 3) R = (P utile/Pélec.)x100 = (283/400)x100 = 70 %
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