POMPAGES
Histoire
ANTIQUITE
La pompe est une des inventions techniques les plus anciennes de l'humanité
La plus ancienne pompe connue est la pompe à godets inventée en Chine au Ier siècle apr. J.-C
Les Grecs et les Romains avaient découvert les principes de la pompe à vide, de la pompe à piston et de la pompe centrifuge pour alimenter les aqueducs et les bains
VIS D'ARCHIMEDE
Vers 250 avant J.C., le mathématicien et scientifique Archimède a inventé une pompe capable d'élever et d'accélérer de l’eau en faisant tourner une spirale/vis sans fin dans un tuyau
Cependant, une partie de l’eau retombait toujours, car on ne
connaissait pas encore de joint d’étanchéité efficace.
Une relation a donc pu être
observée entre l’inclinaison de la vis et le débit
Lors de son utilisation, on peut choisir entre un débit plus important ou une hauteur de
refoulement plus élevée.
Plus l’inclinaison de la vis est raide, plus la hauteur de
refoulement est élevée lorsque le débit diminue
VIS D'ARCHIMEDE
MACHINE DE MARLY
C'est une machine qui a été mise en place au 18e siècle dans la
commune de Bougival.
Son but était d'alimenter les fontaines et les
bassins du château de Versailles.
Elle était composée de 14 roues hydrauliques installées sur la Seine qui actionnaient 221
pompes
aspirantes et foulantes.
Elle est aujourd'hui remplacée par un groupe
d'électropompes
MACHINE DE MARLY
MACHINE A VAPEUR
C'est l'invention technologique au coeur de la Révolution
Industrielle.
Inventée par Denis Papin et plus tard revue par Thomas Newcomen, elle exploite le travail fourni par l'expansion du volume de l'eau au passage à l'état gazeux.
Elle a ensuite été améliorée par James Watt.
Il a d'abord mis en évidence que la machine à vapeur de Newcomen gâchait presque trois quarts de l’énergie de la vapeur en chauffant et refroidissant le piston et la chambre à chaque cycle.
Il a commencé par installer une chambre de condensation séparée et constament immergée.
Il a ensuite ajouté un régulateur de vitesse à boule (initiant le principe de rétro-action).
Il a également permis une poussée à l'aller comme au retour du piston en exploitant le mouvement du balancier.
HISTOIRE DE LA MACHINE A VAPEUR
Définition
POMPE
Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un liquide
Caractéristiques
POMPE CENTRIFUGE
C'est une machine rotative qui pompe un liquide en le forçant au travers d’une roue à aubes ou d'une hélice appelée impulseur.
Par l’effet de la rotation de l’impulseur, le fluide pompé est aspiré dans la pompe,
C’est le type de pompe industrielle le plus commun.
POMPE VOLUMETRIQUE
Le fluide est contenu dans un espace et la rotation du mécanisme permet le déplacement du fluide.
CENTRIFUGE OU VOLUMETRIQUE
Il existe quelques caractéristiques différenciant les pompes centrifuges des pompes volumétriques
La viscosité du fluide déplacé
La pompe volumétrique est adaptée aux produits visqueux (huile, produits délicats)
Là ou la pompe centrifuge est utiliée avec des fluides de faible viscosité.
Différences de débit
Le débit d'une pompe centrifuge est souvent constant alors qu'il est changeant pour une pompe volumétrique.
L'amorcage
Les pompes centrifuges sont rarement auto-amorçante.
Par contre la pompe centrifuge est auto-amorçante, le vide créé permet de déplacer le fluide.
HAUTEUR MANOMETRIQUE TOTALE
La HMT est l’énergie de hauteur (E) communiquée par la pompe au fluide entre la bride d’aspiration A et la bride de refoulement R de la pompe
J correspond aux pertes de charges entre deux points
PUISSANCE DE LA POMPE
La puissance de la pompe mesurée en Watt correspond à un joule par seconde
\[ P = Q \times \rho \times g \times H \]
| Symbole | Définition | Unité |
|---|---|---|
| \[P\] | Puissance | \(W\) soit \(kg \times m^2 \times s^{−3}\) |
| \[Q\] | Débit de refoulement de la pompe | \(m^3 \times s^{−1}\) |
| \[ \rho \] | Masse volumique | \[kg\times m^{-3}\] |
| \[g\] | Accéleration de la pesanteur | \[m\times s^{-2}\] |
| \[H\] | Hauteur de relevage de la pompe | \[m\] |
RENDEMENT
La puissance mécanique fourni par la machine est toujours supérieure à la puissance hydraulique fournie au liquide.
Une partie de l'énergie se dissipe sous forme de chaleur, et la valeur liant ces deux puissances est le rendement noté \( \eta \).
Il est tel que
VIDEO EXPLICATIVE DU PRINCIPE DE RENDEMENT
NPSH
Le NPSH signifie Net Positive Suction Head, en français la tête d'aspiration nette positive
Il s'agit de la pression minimale nécessaire à l'entrée de la pompe pour éviter le phénomène de cavitation
Comme décrit sur le diagramme suivant, l'eau, lorsque la pression est faible et la température élevée peut basculer de l'état liquide à l'état gazeux et donc former des bulles de vapeurs.
Ces bulles vont venir éclater en s'effondrant sur elle même avec une énergie suffisante pour abîmer le métal de la roue de la pompe
Voici un exemple de pompe rongée par le phénomène de cavitation
Lors du choix d'une pompe deux NPSH entrent en jeu
La NPSH requise
Cette valeur est fournie par le constructeur, c'est la pression nécessaire pour éviter la cavitation dans la pompe
La NPSH disponible
C'est une donnée à calculer, elle dépend de l'installation et des conditions locales
Calcul de la NPSH Disponible
| Symbole | Définition | Unité |
|---|---|---|
| \[ NPSH_{Disponible}\] | Hauteur de colonne d'eau | \(mCE\) |
| \[P_{atm}\] | Pression | \(Pa\) |
| \[ \rho \] | Masse volumique | \[kg\times m^{-3}\] |
| \[g\] | Accéleration de la pesanteur | \[m\times s^{-2}\] |
| \[P_{sat}\] | Pression de vapeur saturante | \[Pa\] |
| \[H_{asp}\] | Hauteur géométrique d'aspiration (négative au dessus du plan de charge, positive en dessous) | \[m\] |
| \[Pdc_{asp}\] | Pertes de charges à l'aspiration | \[mCe\] |
Pour éviter, au moment du choix de la pompe, de rencontrer ce phénomène de cavitation il faut que
Disponibilité pour la NPSH
La marge permet de tenir compte de l'approximation et des tolérances d'installation, elle doit être de l'ordre d'1 mètre
DECOMPOSTION D'UNE PLAQUE SIGNALETIQUE
| Nombre | Nom | Explication | |
|---|---|---|---|
| 1 | Norme | La norme définissant les caractéristiques de conception et les caractéristiques électriques | |
| 2 | Type | Le type de moteur normalisé en fonction de la puissance et de la vitesse de rotation | |
| 3 | Numéro de série | Plaque d'immatriculation du moteur | |
| 4 | Norme de rendement énergétique international | Un système de classification du rendement énergétique concernant les moteurs électriques triphasés et monophasés allant de 0.75 à 375 kW, en 2, 4 et 6 pôles | |
| 5 | Couplage | Le branchement du moteur au réseau electrique, soit en étoile, soit en triangle. | |
| 6 | Tension | La tension d'alimentation, en Volts (V) | |
| 7 | Fréquence | Le nombre de répétition du courant par seconde | |
| 8 | Puissance | La puissance du moteur en kilowatt (kW) | |
| 9 | Puissance | La puissance du moteur en chevaux (CV) | |
| 10 | Vitesse de rotation | La vitesse de rotation maximale en tours par minutes (RPM) | |
| 11 | Ampérage | L'ampérage du moteur, l'intensité du courant (quantité de charge absorbée sur chaque phase) | |
| 12 | Cosinus \(\phi\) | Le facteur de puissance (déphasage angulaire entre la tension et l'intensité du courant dans un circuit alternatif) | |
| 13 | Type de service | Le type de service, il en existe 8 | |
| 14 | Indice de protection | Le degré de protection d'un matériel électrique contre l'intrusion de corps solides ou liquides | |
| 15 | Rendements à 100%, 75 et 50% de la charge | IE - 83.3 (100%) - 82.4 (75%) - 79.0 (50%) |
Courbes
DEBIT/HAUTEUR
Cette courbe représente la Hauteur Manométrique fournie en fonction du débit d'entrée
COURBE DEBIT/HAUTEUR MANOMETRIQUE TOTALE
La courbe réseau représente l'évolution des pertes de charges totales du réseau en fonction du débit
PUISSANCE ABSORBEE
C'est une courbe d'allure parabolique, fonction du débit, illustrant l'évolution de l'absorption d'énergie lors du fonctionnement de la pompe.
RENDEMENT
C'est une courbe d'allure parabolique, fonction du débit, passant par un maximum, le point au meilleur rendement (rapport entre énergie fournie et energie rendue).
NPSH
Cette courbe représente le NPSH requis en fonction du débit d'entrée
Sur le graphique suivant, la courbe du NPSH disponible a été placée pour illustrer le principe de dimensionnement (choix de la pompe)
INTERPRETATION GRAPHIQUE DE LA RESOLUTION DU PROBLEME DE NPSH
Exercices
Visualisation de l'exercice
N°7
HMT - Courbes caractéristiques - Puissance - NPSH - Parallèles
CORRECTION
Supports
VIDEOS
Principes de base des pompes centrifuges
Principes de base des diagrammes de pompes
DOCUMENTS
Cours de pompage
CFPPA Antibes - Michaël SOLER
2022
LIENS
