TRAVAUX PRATIQUES : HYDRAULIQUE

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1 FACULTE DES SCIENCES ET TECHNEQUE TANGER Préparé par : M. Zoubir EL FELSOUFI RAPPELS THEORIQUES : TRAVAUX PRATIQUES : HYDRAULIQUE Le fonctionnement d une pompe consiste en qu elle transforme l énergie mécanique du moteur d entraînement en énergie hydraulique, c'est-à-dire qu elle transmet au courant liquide qui la traverse une certaine puissance. L augmentation de l énergie spécifique (énergie / unité de poids) du liquide à l intérieur de la pompe ou la hauteur crée par la pompe est : H = [(P / p g) + (V² /.g)] - [(P 1 / p g) + (V² 1 /.g)] () L indice 1 (resp. ) correspond d entrée (resp. la sortie) de la pompe. Pétant la masse volumique du liquide (eau). En général, les raccords d entrée et de sortie ont des diamètres égaux (d1 = d), dans ce cas V 1 = V et l expression () se réduit à : H= [(P - P 1 ) / p.g)] On appel puissance utile d une pompe, l énergie qui est transmise, en une seconde, au liquide par cette pompe. Cette puissance est : Pu = p.g.h.q Avec Q : débit volumétrique qui traverse la pompe. La puissance mécanique consommée par la pompe est : Pm =Cm.π. N Cm : couple du moteur, N : vitesse de rotation de l arbre moteur. On appel rendement de la pompe η, le rapport des puissances utile et consommée η = (p.g.h.q) / (Cm.π.n) Dans le fonctionnement de deux pompes en série les hauteurs manométriques s ajoutent alors que les débits se conservent. Hs =H1+H Qs =Q1+Q Au cours du fonctionnement de deux pompes sen parallèle les hauteurs manométriques se conservent alors que les débits s ajoutent. Hp = H1 = H Qp = Q1 +Q Hs : hauteur manométrique totale résultant des deux pompes en série Qs : débit traversant les deux pompes en série Hp : hauteur manométrique commune des deux pompes Qp : débit total traversant la conduite de refoulement commun Qi : débit de la pompe i pris seule Hi : hauteur de la pompe i pris seule H 10/ 4 TD Hydraulique, FST Tanger, Z. EL FELSOUFI Page 1/6

2 Le manomètre de l appareil doit être mis sous pression pour permettre la mesure de débit et les pertes de charge totales correspondantes. Cet appareil permet aussi de mesurer la perte de charge dans le diffuseur et dans le coude placé avant le rotamètre. Les différentes mesures de débit permises par cet appareil, y compris celle utilisant un déversoir du H6, sont toutes régies par l équation (4). Le débitmètre à venturi est le siège d une certaine accélération au niveau de l étranglement, mais la perte de charge apparente H est négligeable. Si «A» est la section d entrée du convergent, et «B» la section de l étranglement (voir la figure n ), l équation (4) s écrit de la manière suivant MANUPALUTION I : a. Mesure à relever : On relèvera les paramètres principaux de fonctionnement de la pompe : La vitesse de rotation N, mesurée à l aide du tachymètre. La hauteur H (aspiration et refoulement) à l aide des manomètres. Le débit à laide du tube de venturi. Le couple du moteur Cm. b. Compte rendu : Le but de cet essai est d étudier les variations des paramètres principaux de fonctionnement de la pompe, les uns en fonction des autres. On trace les courbes caractéristiques suivantes : La courbe H= f (Q) à vitesse N =Cste (N = 000 tr/min et N= 900 tr/min) La courbe Pm =f (Q) à vitesse N = Cste (N =900 tr/min) La courbe η f (Q) à vitesse N =Cste (N = 900 tr/min) La courbe H =f (N) à diamètre constant La courbe Q = f (N) à diamètre constant Les lois de similitude sont-elles vérifiées? Réaliser le montage en série des deux pompes et tracer : La courbe Hs = f (Qs) à vitesse N= Cste (N=900tr/min) La courbe H 1 = f (Q 1 ) à vitesse N = Cste (N= 900 tr/min) : pompe 1 seule La courbe H = f (Q ) à vitesse N = Cste (N = 900 tr/min) : pompe seule Déduire que Hs = H 1 + H Réaliser le montage en parallèle des deux et tracer : La courbe Hp = f (Qp) à vitesse N = Cste (N = 900 tr/min) La courbe H 1 = f (Q 1 ) à vitesse N = Cste (N = 900 tr/min) : pompe 1 seule La courbe H = f (Q ) à vitesse N = Cste (N = 900 tr/min) : pompe seule Déduire que Qp = Q 1 + Q MANIPULATION II : II DESCRIPTION DE L APPAREIL L appareil d étude des méthodes de mesures des débits est représenté schématiquement à la figure n. Une photographie de l appareil est aussi donnée au débit de ce bulletin. L eau pénètre dans l appareil par un débitmètre à venturi en plexiglas, équipé de prises de pression à son entrée, à l étranglement et à la sortie. L eau s écoule ensuite dans un divergent puis dans une conduite droite, avant de passer dans un diaphragme en laiton monté entre deux brides de plexiglas, percées de prises de pression comme indiqué à la figure n 3. on peut observer leurs caractéristiques géométriques sur le montage. Après ce diaphragme, l eau pénètre dans un rotamètre constitué d un tube en verre percé d un trou cônique calibré, et d un flotteur. L écoulement de l eau maintient le flotteur dans le tube à une certaine hauteur indiquée par des graduations correspondant à un débit.en quittant l appareil, l eau peut se déverser soit dans le réservoir TD Hydraulique, FST Tanger, Z. EL FELSOUFI Page /6

3 de mesure du banc hydraulique HIMKIII, ou dans le bassin de tranquillisation, puis sur le «v» de mesure de l appareil d étude des déversoirs H6. et constater que ( H) R est constant. Cette perte de charge est dûe à l énergie hydrodynamique associée à la vitesse élevée autour du flotteur. Si la perte de charge est constante, cette vitesse périphérique est aussi constante. Des considérations de continuité amènent à penser la surface de la section droite, traversée par le fluide sur le périmètre du flotteur, doit être proportionnelle au débit. Soit «r f» le rayon du flotteur, et «r t» le rayon du tube dans une section droite. r t r f = δ πr f δ = k Q En ne considérant que les infiniments petits du premier ordre. Pour le tube cônique, on trouve que δ = lө (voir figure n 4) avec hauteur où le flotteur est en équilibre. Cette hauteur est donc proportionnelle au débit en première approximation. L écoulement sur un déversoir en «v» conduit à la formule définissant le débit : 8 5 Q = g Tanθ H (10) 15 Avec θ demi-angle au sommet de «v», et «H» hauteur de l eau dans le bassin de tranquillisation au-dessus du seuil du déversoir. Théoriquement, cette équation peut se déduire de l équation (4), si l écoulement sur le déversoir n entraîne qu une perte de charge négligeable et vérifie une répartition uniforme de pression. En réalité, les lignes de courant sont courbes et la section de l écoulement dans l atmosphère est plus faible que celle dans le «v». pa V + A pb VB = + pg g pg g Etant donné que V A A A = V B B B = Q débit 1 g P A pb V B = (5) 1 ( A / A ) pg pg B A Par contre, en aval de l étranglement, la décélération de l écoulement entraîne une perte de charge apparente appréciable. Si «c» est une section à la sortie du débitmètre à venturi de diamètre égal à celui de l étranglement : p A PC = + ( H) V..(6) pg pg Le diaphragme ne permet pas de déterminer avec une grande précision les vitesses à partir des prises de pression «E» et «F», comme dans le cas du venturi avec les prises de pression correspondantes «A» et «B». cette perte de précision est prise en compte dans la formule donnant le débit en écrivant l équation (4) sous la forme : V _ g P E PF F = K 1 (7) 1 ( / ) pg pg AF AE Avec «k» cœfficient de perte de charge, fonction de la géométrie de l appareil et déterminé par étalonnage. La perte de charge apparente est donnée par : PO PE = + ( H ) O.. (8) pg pg Le fait que la vitesse diminue fortement dans le diaphragme laisse prévoir que cette perte de charge sera très supérieure à celle provoquée par le venturi. Dans le rotamètre, le flotteur est maintenu en équilibre dans le tube par la différence de pression causée par la perte de charge dans l appareil. Tant que le poids par unité de surface du flotteur est égal à le perte de charge TD Hydraulique, FST Tanger, Z. EL FELSOUFI Page 3/6

4 dûe au flotteur, cette perte de charge est constante et ne dépend pas de la dépression. En négligeant les pertes de charge par frottement dans le tube (elles sont très faibles étant donné le diamètre important de tube), on peut écrire que la différence de pression entre les deux extrémités de l appareil est constante. En supposant que les variations de vitesse dans la section sont faibles, l équation (4) s écrit : PH PI + zh = + z I + ( H ) R... (9) pg pg b- compte rendu : 1/ calculer les débits (pour les différents essais) avec les méthodes proposées : Venturi Diaphragme Rotamètre Flotteru Tracer ensuite dans le même plan ces courbes pour pouvoir les comparer la suite. Quelle est à votre avis la méthode la plus précise? / calculer les pertes de charge dans les appareils de mesure de débit, dans le coude et dans le divergent. Exprimer ces pertes en pourcentage de la charge dynamique. Accompagnez vos réponses avec des commentaires et soigner votre présentation. TD Hydraulique, FST Tanger, Z. EL FELSOUFI Page 4/6

5 Manip 1 : Etude des performances des pompes centrifuge Groupes :.. Filière Date :. N, tr/min Pa bar Pr bar Débit Force, N N, tr/min Pa bar Pr bar Débit Force, N TD Hydraulique, FST Tanger, Z. EL FELSOUFI Page 5/6

6 Manip : Calcul de débits et pertes de charge Groupes :.. Filière Date :. A B C D E F G H I Flotteur Ultrason Rota mètre TD Hydraulique, FST Tanger, Z. EL FELSOUFI Page 6/6