LES POMPES CENTRIFUGES · 2020. 3. 17. · A l’intérieur du corps de pompe, une roue (turbine) entraînée à grande vitesse par un moteur électrique (le plus souvent à 1500

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Lycée Professionnel Le Chesnois Bains les Bains

Bac pro TMSEC/TISEC Technologie Séquence 3 : Les pompes centrifuges

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LES POMPES CENTRIFUGES 1. LES POMPES DES CIRCUITS DE CHAUFFAGE Les pompes des circuits de chauffage ont pour rôle de permettre la circulation de l’eau de la chaudière aux émetteurs, puis son retour à la chaudière. Dans notre branche, on appelle parfois ces pompes " circulateur " ou " accélérateur ". A l’intérieur du corps de pompe, une roue (turbine) entraînée à grande vitesse par un moteur électrique (le plus souvent à 1500 [tr/mn]), capte l’eau à l’aspiration de la pompe et la projette vers son refoulement. Ces pompes sont dites de type centrifuge. On peut facilement en régler le débit en obturant plus ou moins le refoulement. Ceci n’endommage pas la pompe, car la roue peut tourner même si l’obturation est complète. La roue(1) de la pompe est entraînée par le moteur (2) par l’intermédiaire de l’arbre de liaison (3). L’eau captée à l’aspiration (4) est expulsée au refoulement (5).

2. LES DEBITS DES POMPES DES CIRCUITS DE CHAUFFAGE Les débits à véhiculer sont fonctions des puissances de chauffage à distribuer et du régime d’eau de chauffage (températures d’eau aller-retour pour la température extérieure minimale). Les débits à véhiculer peuvent se calculer par la formule :

qv = P / (4.18 x ρ x ΔT)

Applications

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Quel est le débit à véhiculer pour distribuer 500 [kW] sous forme d’eau chaude à 90/70 [°C] ? ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Quel est le débit à véhiculer pour distribuer 500 [kW] sous forme d’eau chaude à 50/40 [°C] ? ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………

Dans un circuit de climatisation, quel est le débit à véhiculer pour distribuer 500 [kW] sous forme d’eau glacée à 6/12 [°C] ?

………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………

3. PRESSIONS FOURNIES PAR LES POMPES Pour mettre un fluide en circulation, il est nécessaire de créer un écart de pression, le fluide

circulant alors des " hautes " pressions vers les " basses " pressions.

Dans un tube horizontal, l’eau ne peut circuler d’un point A vers un point B, que si la pression en A est supérieure à celle de B. Cet écart de pression (Δp) correspond au frottement de l’eau sur la paroi de la canalisation. On l’appelle perte de charge (PdC).

Dans un circuit fermé c’est la pompe qui génère l’écart de pression permettant à l’eau de circuler. C’est la pompe qui génère l’écart de pression entre A et B Cet écart s’appelle hauteur manométrique totale (Hmt) de la pompe.

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4. HAUTEUR MANOMETRIQUE DES POMPES

C'est la différence de pression que la pompe fournit entre son point d'aspiration et son point de refoulement.

Cet écart de pression peut se mesurer en raccordant successivement un manomètre au refoulement puis à l’aspiration de la pompe. La différence des 2 pressions mesurées sera la Hmt de la pompe.

4.1 Calcul de la hauteur manométrique de la pompe

La hauteur manométrique de la pompe est toujours égale à la perte de charge totale du circuit à irriguer :

Δp = Hmt = PdC

Pour calculer la Hmt qu’une pompe doit fournir, il faut calculer les PdC qui seront générées par le débit à véhiculer dans le circuit principal à irriguer.

5. LA COURBE CARACTERISTIQUE D’UNE POMPE Une pompe est capable de fournir des débits très différents selon qu’on l’installe sur un circuit plus ou moins résistant (un circuit résistant présentera beaucoup de PdC et inversement).

Les combinaisons possibles de valeurs de débit/pression pour chaque pompe sont indiquées par une courbe appelée courbe caractéristique de la pompe.

Cette courbe est donnée par le fabricant.

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Applications : La pompe ci-dessous fournit un débit de 6 [m3/h], excessif. En bridant un robinet à son refoulement, à quelle Hmt devra-t-on monter pour réduire le débit à environ 4 [m3/h] ?

Pour la pompe ci-dessus, quel débit faudrait il régler pour obtenir une HMT d’environ 50 [kPa]?

………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………

6. PRINCIPE DE LA SELECTION D'UNE POMPE En dehors de toutes les considérations technologiques, la première condition à laquelle doit satisfaire la pompe est de disposer d’une hauteur manométrique égale ou supérieure à celle du circuit, pour le débit souhaité. Le point de sélection est positionné sur le courbier général du constructeur à l’aide de ces coordonnées Qv-Hmt. La pompe choisie est celle dont la courbe passe immédiatement au-dessus du point de sélection. S’il existe plusieurs choix possibles, la pompe retenue est celle qui dispose du meilleur rendement ou de la puissance absorbée la plus faible. Le diamètre des orifices peut intervenir en troisième critère. Enfin, le moteur doit être compatible avec la nature et la tension du réseau électrique.

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5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 50 100 150 200 250

Hauteur manométrique (m.CE)

Débit (m3/h)

Sélection d'une pompe sur un courbier

Courbe de pompe

7. COURBE DE RESEAU ET POINT DE FONCTIONNEMENT La hauteur manométrique totale fournie par une pompe est une fonction du débit de liquide circulant: elle diminue toujours quand le débit augmente. Le point de fonctionnement de la pompe est l'intersection de la courbe caractéristique de la pompe et de la courbe caractéristique du réseau: fixer un débit impose automatiquement la valeur de la hauteur manométrique totale. Avec une pompe centrifuge équipée d'un variateur de vitesse, à chaque vitesse correspond une caractéristique différente. Pour un réseau donné, on peut augmenter le débit en augmentant la vitesse de rotation du moteur: la Hmt nécessaire est alors plus élevée. Par contre si on interpose sur la canalisation un filtre, la perte de charge s'accroît ce qui modifie la courbe de réseau. Le débit fourni par la pompe sera alors plus faible.

01020

304050

6070

8090

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8

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EXERCICE N°1

Sélection d’une pompe La circulation de l’eau dans le réseau est assurée par un circulateur que vous devez remplacer car celui-ci est hors d’usage. Une campagne de mesure a permis de faire les relevés suivants : On donne : - Pertes de charge linéaires du réseau: la longueur du réseau le plus défavorisé est de 125 m et le coefficient J = 8mm.CE/m pour cette tuyauterie - Pertes de charge singulières du réseau: 0,5 m.CE - Débit circulant dans le réseau: 0,6 m3/h - Une documentation technique des pompes Grundfos. On vous demande de :

1. Calculer les pertes de charges totales du réseau : ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………..

2. Positionner le point de sélection sur le courbier de pompe.

3. Sur quelle vitesse faudra t-il positionner la pompe ?

Petite vitesse

Vitesse moyenne

Grande vitesse

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8. POINT DE FONCTIONNEMENT DE L’INSTALLATION Représentation :

Hm en mCE

QvQv en m3/h

Courbe de réseau

Courbe de pompeHm

Point de fonctionnement

L’intersection de la courbe de réseau avec la courbe de pompe donne le point de fonctionnement de l’installation. Ici le point de fonctionnement tombe sur la courbe de pompe mais en réalité cela n’est pas souvent le cas. Dans la sélection d’une pompe, si le point de fonctionnement ne tombe pas sur une courbe, le critère le plus important à respecter est le débit car il permet d’assurer la puissance désirée. Exemple de point de fonctionnement :

Hm en mCE

Hm

Courbe de pompe

Qv en m3/hQv

Point de fonctionnementcalculé

V3

V2

V1

Comme vous pouvez le constater, le point n’est sur aucunes des courbes de pompes. Que peut on faire pour garder le même débit tout en se calant sur une courbe de pompe. Deux possibilités :

- diminuer les pertes de charges (cela s’avère difficile car il faut réduire les pertes de charges du réseau ; cela s’avère très difficile). Voir figure 1.

- augmenter les pertes de charges (pour cela, il suffit de placer une vanne de réglage de débit qui augmentera les pertes de charges). C’est la solution qui sera tout le temps préconisée. Voir figure 2.

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Visualisation des deux solutions : Solution 1 :

Solution 2 :

Hm en mCE

P

Courbe de pompe

Qv en m3/hQv


V3

V2

V1

Point de fonctionnementréel

Application : Dans l’exercice précédent, nous avions sélectionné la pompe UPS 25-40. Celle-ci n’étant plus disponible momentanément par le fabricant, vous décidez de commander une UPS 25-30. Calculez la perte de charge qu’il faudra réaliser au niveau de la vanne de réglage de débit : ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………….. 9. COUPLAGE DE POMPES IDENTIQUES Satisfaire les besoins d’un réseau hydraulique (Hm/Qv) implique de rechercher des solutions techniques diverses. Le calage du point de fonctionnement pourra s’effectuer, éventuellement, à l’aide d’une deuxième pompe placée judicieusement sur le réseau. On aboutit alors à deux types de montages :

- en parallèle - en série

P

Hm en mCE

Point de fonctionnementréel

Courbe de pompe

Qv en m3/hQv

V2

V1


V3

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A) Détails technologiques

La réalisation de ces assemblages pourra s’effectuer : - soit par raccordement des tuyauteries (série ou parallèle) - soit par le choix préalable de la technologie constructive de deux pompes

pouvant fonctionner indépendamment, ou simultanément en parallèle (voir données constructeur)

B) Montage en parallèle

En parallèle, la Hm reste constante tandis que les débits s’additionnent. Ce cas de raccordement est préconisé lorsque l’on cherche à augmenter le débit (Qv) sur un réseau. On rajoutera des clapets anti-retour pour éviter des retour d’eau lors des fonctionnements alternés. Représentation :

Hm en mCE

Qv en m3/hQv1

P1 et P2

Courbes de pompe

Qv2

Hm

Construction : pour une hauteur manométrique donnée, on relève le débit d’une des pompes, que l’on rajoute à la seconde. On fait de même pour plusieurs hauteurs manométriques et on obtient ainsi la courbe.

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Remarque : ne pas confondre le fonctionnement alterné et le fonctionnement en parallèle. En effet, les constructeurs mettent sur le marché des pompes doubles assurant le même rôle.

C) Montage en série

En série, le débit reste constant tandis que les pertes de charges s’additionnent. Ce cas de raccordement est préconisé lorsque l’on recherche à augmenter la charge fournie Hm sur un réseau. Attention, son accroissement sera fonction de la caractéristique du réseau.

P1 + P2

Hm en mCE

Hm1Courbes de pompe

Qv en m3/hQv

Hm2

P1 et P2

Construction : pour un débit donné, on relève la Hm d’une des pompes, que l’on rajoute à la seconde. On fait de même pour plusieurs débits fixés et on obtient ainsi la courbe.

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Application : Vous réalisez une étude d’installation pour un petit collectif disposant de deux réseaux distincts alimentant des appartements en eau chaude sanitaire. On dispose de la documentation de pompes de type UP de chez Grundfos :

1) On souhaite, pour des raisons économiques monter en parallèle deux pompes de type UP 20-14 BXUT pour le premier réseau, tracer la nouvelle courbe de pompe sur le graphique 1. Que remarque-t-on ?............................................................................................................ ……………………………………………………………………………………………. 2) On souhaite, pour des raisons économiques monter en série deux pompes de type UP 20-14 BXUT pour le deuxième réseau, tracer la nouvelle courbe de pompe sur le graphique 2. Que remarque-t-on ?............................................................................................................ …………………………………………………………………………………………….

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Graphique 1 : montage en parallèle des pompes UP 20-14 BXUT : réseau 1

Qv enm3/h

Hmten

mCE

Courbe de pompe

Graphique 2 : montage en série des pompes UP 20-14 BXUT : réseau 2

Qv enm3/h

Hmten

mCE

Courbe de pompe

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Application : On décide d’alimenter un réseau de chauffage avec une ou plusieurs pompe de type UPS 15-40 /130 CIC. La puissance nécessaire compte tenu des déperditions des locaux est de 92 kW et la Hmt du réseau est de 2mCE.

- Calculer le débit volumique nécessaire au réseau de l’installation :

Données r=996 kg/m3, Cp=4.18 kJ/kg et °C et le régime de température est de80°C-60°C.

…………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………... - Quel problème rencontrez-vous avec cette pompe ? …………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………... -Comment allez-vous procéder avec ce type de pompe : …………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………...

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- Tracer sur le graphique la courbe réseau. - Tracer ensuite sur ce même graphique la courbe réseau de la pompe seule puis de deux pompes montées en série en vitesse 3. Graphique 3 : montage en série des pompes et courbe réseau

Qv enm3/h

Hmten

mCE

Courbe de pompe

- Que constatez-vous : …………………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………………...

Documents

LES POMPES CENTRIFUGES · 2020. 3. 17. · A l’intérieur du corps de pompe, une roue (turbine) entraînée à grande vitesse par un moteur électrique (le plus souvent à 1500