Les pompes. Mécanique des fluides

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Constance Vinet
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1 Mécanique des fluides

2 Contenu 1. Fonctions principales et types de pompes Les pompes volumétriques Principe de fonctionnement Différents types de pompes Les pompes centrifuges Principe de fonctionnement Différents types de pompes Étude des caractéristiques des pompes centrifuges Caractéristiques fondamentales des pompes Courbes caractéristiques des pompes Relations Exemple de courbe de pompe Étude des caractéristiques d un réseau Équation de la courbe de réseau Réseau fermé Courbe caractéristique Réseau ouvert Courbe caractéristique Association pompe-réseau : point de fonctionnement Cas d'un réseau fermé : exemple d'un circuit de chauffage Cas d'un réseau ouvert : exemple d'un circuit d'eau chaude sanitaire Point de fonctionnement Détermination d une pompe Calage ou modification du point de fonctionnement Par modification de la pompe Par modification du réseau Réseaux séries et parallèles Réseau série Réseau parallèle Étude de pompes couplées Tracé de la caractéristique d un couplage de 2 pompes en série Tracé pratique du couplage de 2 pompes en série Tracé théorique du couplage de 2 pompes en série Tracé de la caractéristique d un couplage de 2 pompes en parallèle Tracé pratique du couplage de 2 pompes en parallèle Tracé théorique du couplage de 2 pompes en parallèle...12 Page 1 / 12

3 1. Fonctions principales et types de pompes Les pompes sont destinées à : assurer la circulation du fluide, combattre les pertes de charge. Il existe deux grands types de technologie de pompes : les pompes volumétriques, les pompes centrifuges. 2. Les pompes volumétriques 2.1. Principe de fonctionnement Pulsé de manière cyclique, le liquide est emmagasiné dans un volume. L'énergie est directement fournie sous forme de pression Différents types de pompes À engrenages : À palettes : À pistons axiaux : À pistons radiaux : À vis : Page 2 / 12

3. Les pompes centrifuges 3.1. Principe de fonctionnement Le liquide emmagasiné entre les aubes du rotor est projeté vers l'extérieur sous l'action de la force centrifuge.

4 3. Les pompes centrifuges 3.1. Principe de fonctionnement Le liquide emmagasiné entre les aubes du rotor est projeté vers l'extérieur sous l'action de la force centrifuge. L'énergie est d'abord fournie au fluide sous forme d'énergie cinétique (vitesse puis elle est transformée en pression. Aubes Roue Volute 3.2. Différents types de pompes roue axiale (hélice roue radiale (centrifuge roue semi-axiale (hélico-centrifuge Page 3 / 12

5 4. Étude des caractéristiques des pompes centrifuges 4.1. Caractéristiques fondamentales des pompes Les caractéristiques des pompes sont : le débit volume ( en [m.s -1 ], la hauteur manométrique ( mt en [mce], Elles se définissent à partir des paramètres suivants : la puissance utile (P u en [W], la puissance absorbée (P abs en [W], le rendement global (, la vitesse de rotation (N en [tr.min -1 ] Courbes caractéristiques des pompes Les courbes caractéristiques sont des courbes qui représentent l'évolution des précédents paramètres en fonction du débit. m η P abs Relations P u = ρ. g. mt. P u = P abs. η mt = p refoulement p aspiration ρ. g mt hauteur manométrique mce ρ masse volumique kg.m -3 débit volumique m 3.s -1 P u puissance utile W Page 4 / 12

6 Exemple de courbe de pompe Page 5 / 12

7 5. Étude des caractéristiques d un réseau 5.1. Équation de la courbe de réseau Pertes de charge linéaires Pertes de charges singulières Pertes de charge totales ΔP l = (λ. ΔP s = (ζ. ΔP t = [ (λ. ρ. v2 2. L D ρ. v2 2 ρ 2. S 2. L D + (ζ. ρ 2. S 2]. 2 Équation de la courbe de réseau ΔP t = k Réseau fermé Courbe caractéristique P t ΔP débit 5.3. Réseau ouvert Courbe caractéristique P t ΔP débit Page 6 / 12

8 5.4. Association pompe-réseau : point de fonctionnement Cas d'un réseau fermé : exemple d'un circuit de chauffage ΔP F fonctionnement m débit Remarque : en réseau fermé, l'énergie transmise à l'eau par la pompe est uniquement utilisée pour combattre les pertes de charge. m ΔP Cas d'un réseau ouvert : exemple d'un circuit d'eau chaude sanitaire ΔP F fonctionnement m g débit Remarque : en réseau ouvert, l'énergie transmise à l'eau par la pompe est utilisée pour combattre les pertes de charge et la hauteur géométrique de l'installation. m Δ P g 5.5. Point de fonctionnement Le point d intersection entre les courbes de pompe et de réseau est appelé "point de fonctionnement". Le débit correspondant à ce point de fonctionnement est le débit circulant réellement dans le réseau. Page 7 / 12

9 6. Détermination d une pompe Pour choisir une pompe adaptée à un réseau, il est nécessaire de connaître : pertes de charge le débit de circulation voulu, les pertes de charge ΔP du réseau. ΔP Application : débit = 10 [m 3.h -1 ] ΔP = 7 [mce] Choix entre les pompes : TP (D TP (D 40-60/ Calage ou modification du point de fonctionnement Le débit du point de fonctionnement d'une association d'un réseau et d'une pompe ne correspond pas forcément au débit voulu. Il est alors nécessaire de caler, ou modifier, le point de fonctionnement : par modification de la pompe, par modification du réseau. Afin de respecter les puissances des émetteurs, il faut conserver la valeur du débit (Rappel : P = q m. C. θ. Page 8 / 12

10 Par modification de la pompe Variation de la vitesse de rotation de la pompe On modifie, quand c'est possible, la vitesse de rotation de la pompe afin d'amener le point de fonctionnement sur une courbe de pompe. Changement de pompe On cherche une pompe dont la caractéristique passe par le point de fonctionnement défini par le débit voulu Q et les pertes de charge calculées ΔP Par modification du réseau Diminution des pertes de charge : très difficile à réaliser Augmentation des pertes de charge : très facile à réaliser Perte de charge à rajouter : +1 [mce] Traduction sur le réseau Rajout et réglage d une perte de charge sur le réseau grâce à une vanne de réglage. Page 9 / 12

11 7. Réseaux séries et parallèles 7.1. Réseau série Dans un réseau série, la perte de charge globale du réseau est égale à la somme des pertes de charge de chacun des éléments Réseau parallèle Entre les points A et D, il existe trois réseaux en parallèle : premier réseau A-D passant par le radiateur 1, deuxième réseau A-D passant par le radiateur 2, troisième réseau A-D passant par le radiateur 3. Si les pertes de charge dans chacun des trois réseaux ne sont pas les mêmes, le réseau va s'auto-équilibrer afin de rendre cette condition vrai. Cet auto-équilibrage se traduit au niveau du réseau par une modification des débits dans chacun des réseaux et donc par une modification des puissances émises par les radiateurs. A B mesuré D C F E Il est alors nécessaire d'équilibrer les réseaux en ajustant les pertes de charge afin de les rendre identiques dans chaque réseau par l'intermédiaire de vannes de réglage qui créent des pertes de charge supplémentaires. Cela se traduit par la détermination de la perte de charge maximale, en général le réseau le plus long, et ensuite d'augmenter les pertes de charge de chacun des autres réseaux afin de les égaliser. Page 10 / 12

12 8. Étude de pompes couplées 8.1. Tracé de la caractéristique d un couplage de 2 pompes en série Tracé pratique du couplage de 2 pompes en série Soient deux pompes de caractéristiques m 1 = f1 (Q et m 2 = f2 (Q. La caractéristique du couplage en série de celles-ci en fonctionnement s obtiendra en suivant les deux conditions suivantes : le débit circulant dans les deux pompes est identique la hauteur manométrique totale est la somme des hauteurs manométriques de chaque pompe = 2 = 1 m totale = m 1 + m Tracé théorique du couplage de 2 pompes en série Construction : pour un débit donné, on relève la hauteur manométrique de la 1ère pompe, que l on rajoute à la hauteur manométrique de la 2nde pompe (cela pour le même débit, ainsi, et pour plusieurs débits fixés, on construit cette courbe d évolution. Utilisation : On utilisera deux pompes en série lorsque l'on cherchera à augmenter la charge fournie m pompes en série m pompe 1 m pompe 2 2 constant Page 11 / 12

13 8.2. Tracé de la caractéristique d un couplage de 2 pompes en parallèle Tracé pratique du couplage de 2 pompes en parallèle Soient deux pompes de caractéristiques m 1 = f 1 ( et m 2 = f 2 (. La caractéristique du couplage en parallèle de celles-ci en fonctionnement s obtiendra en suivant les deux conditions suivantes : le débit total est la somme des débits circulants dans chaque pompe la hauteur manométrique est la même pour chaque pompe.total = m = m 1 = m Tracé théorique du couplage de 2 pompes en parallèle Construction : pour une hauteur manométrique donnée, on relève le débit de la 1ère pompe, que l on rajoute au débit de la 2nde (cela pour la même hauteur manométrique, on fait de même pour plusieurs hauteurs manométriques, pour construire la courbe. point d'enclenchement m pompes en parallèle m pompe 2 Nota : Dans le cas où les deux pompes ont des caractéristiques m = f (Q différentes, il existe un point d enclenchement des 2 pompes, dans la mesure où l une d entre elles est plus "puissante" que l autre. Utilisation : On utilisera deux pompes en parallèle lorsque l'on cherchera à augmenter le débit. constant m pompe Page 12 / 12

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