mod 24a TFI Pompes hérmétiques - OFPPT MAROC | ISTA

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ROYAUME DU MAROC

MODULE N° 24a : POMPES HERMETIQUES

SECTEUR : FROID ET GENIE THERMIQUE SPECIALITE :FROID INDUSTRIEL NIVEAU :TECHNICIEN MAI 2003

Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du Travail DIRECTION RECHERCHE ET INGENIERIE DE FORMATION

RESUME THEORIQUE &

GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES

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Résumé de théorie et guide de pratique MODULE : 26 POMPES HERMETIQUES

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REMERCIEMENT

La DRIF remercie les personnes qui ont participé ou permis l’élaboration de ce module ( pompes hermétiques ). Pour la supervision :

• M. GHRAIRI RACHID : Chef de projet froid et génie thermique.

• M. BOUJNANE MOHAMED: Coordonnateur .CFF-FGT à l’ISGTF. Pour l’élaboration :

Pour la validation Mr. Ahmed BOUAFIA : Formateur à l’ISGTF Mr. El Hachemi SAFIH: Formateur à l’ISGTF Mr. Abdelilah FATENE : Formateur à l’ISGTF Mr Khalil OUADGHIRI: Formateur à l’ISGTF

M. AHADED Mohamed ISTA AGADIR DRSUD

Les utilisateurs de ce document sont invités à communiquer à la DRIF toutes les remarques et suggestions afin de les prendre en considération pour l’enrichissement et l’amélioration de ce programme.

MR. SAID SLAOUI

DRIF


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SOMMAIRE

Page Présentation du module 6 Résumé de théorie

I – Localiser la pompe hermétique d’une installation frigorifique 8

II – décrire les composants d’une pompe hermétique en coupe ou d’une pompe démontée

17

III – Calculer la pression statique produite par le déplacement de réfrigérant dans une conduite

18

IV – Calculer la pression statique produite par une colonne de réfrigérant

22

V – Mesurer la pression totale Pt = Ps + Pv 24 VI – Décrire la pression de vitesse en mesurant la pression totale et en calculons la pression statique

26

VII – Décrire les composants d’une pompe hermétique simple 29 VIII – différentes pompes hermétiques 35 IX – les pompes à réfrigérant WITT 36 X – principe de construction des pompes GB 39 XI –information concernant la construction d’installation 41 XII – dimensions et poids 42 XIII – couplage des pompes 43 IVX – courbe apparente d’une pompe 43 VX – projet et installation 46 VIX – conseils pour installation et surveillance 46 VIIX – sélection 50 VIIIX – Caractéristiques d’une pompe hermétique à vitesse constante 56 IXX – caractéristiques d’une pompe hermétique à vitesse variable 57 XX – déterminer le débit d’un liquide circulant d’un venturi 58 XIX – le NPSH des pompes et des installations 59 XIIX – sécurité de fonctionnement 67 XIIIX – protection des pompes 68 XIVX – rendement d’un groupe électropompe 70 XVX – problèmes de cavitation 72 Guide de travaux pratique TP I : démontage et remontage d’une pompe hermétique 76 TP II : réparation d’un pompe hermétique 78 Evaluation de fin de module 79 Liste bibliographique 80


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MODULE : 26

Durée : 30 H

80 % : théorique

20 % : pratique

OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAU DE COMPORTEMENT

COMPORTEMENT ATTENDU

Pour démontrer sa compétence, l'élève doit Décrire et vérifier le fonctionnement des pompes hermétiques selon les conditions, les critères et les précisions qui suivent.

CONDITIONS D'ÉVALUATION

. À partir de mises en situation. . Travail théorique effectué à partir de consignes. . Travaux théorique liés à la description du principe de fonctionnement des pompes hermétiques.

CRITÉRES GÉNÉRAUX DE PERFORMANCE

. Description pertinente du principe de fonctionnement des pompes hermétiques . Description pertinent des caractéristiques de construction et de fonctionnement des pompes hermétiques. . Maîtrise des techniques de vérification des pompes hermétiques. . . Utilisation appropriée de la terminologie.


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OBJECTIF OPERATIONNEL DE PREMIER NIVEAU

DE COMPORTEMENT

PRECISIONS SUR LE COMPORTEMENT ATTENDU

CRITERES PARTICULIERS DE

PERFORMANCE A. Décrire le principe de

fonctionnement des pompes hermétiques.

- Reconnaissance exacte des composants de base d'une pompe hermétique. - Justesse de la définition des concepts utilisés relatifs à : . l' effet hermétique; . la pression de l’agent frigorifique; . la pression dynamique.

B. Distinguer les types de pompes hermétiques. - Justesse de la connaissance des pompes

hermétiques. - Adéquation de la description des caractéristiques de construction et de fonctionnement des pompes hermétiques. - Description juste des avantages et des inconvénients relatifs aux pompes hermétiques.

C. Vérifier le rendement d'une pompe hermétique.

- Justesse de la connaissance des paramètres (variables) physiques à considérer. - Maîtrise de la technique de vérification :

. points de vérifications; . nature des données.

. . lecture des données. - Interprétation correcte du diagramme de rendement.

D. les principaux modes de raccordement des pompes hermétiques.

- Description juste des modes suivants :

. à brides; . à raccordement fileté.

CHAMPS D'APPLICATION DE LA COMPÉTENCE

. Domaines du froid industriel de réfrigération et de congélation

. S ' applique aux principaux types de pompes hermétiques.


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OBJECTIFS OPERATIONNELS DE SECOND NIVEAU

LE STAGIAIRE DOIT MAITRISER LES SAVOIRS, SAVOIR-FAIRE, SAVOIR-PERCEVOIR OU SAVOIR-ETRE JUGES PREALABLES AUX APPRENTISSAGES DIRECTEMENT REQUIS POUR L’ATTEINTE DE L’OBJECTIF DE PREMIER NIVEAU, TELS QUE :

Avant d’apprendre à décrire le principe de fonctionnement (A) le stagiaire doit : I – Localiser la pompe hermétique d’une installation frigorifique II – décrire les composants d’une pompe hermétique en coupe ou d’une pompe démontée III – Calculer la pression statique produite par le déplacement de réfrigérant dans une conduite IV – Calculer la pression statique produite par une colonne de réfrigérant V – Mesurer la pression totale Pt = Ps + Pv VI – Décrire la pression de vitesse en mesurant la pression totale et en calculons la pression statique VII – Décrire les composants d’une pompe hermétique simple Avant d’apprendre à distinguer les types de pompes hermétiques (B), le stagiaire doit : VIII – Différentes pompes hermétiques IX – Les pompes à réfrigérant WITT X – Principe de construction des pompes GB XI –Information concernant la construction d’installation XII – Dimensions et poids XIII – Couplage des pompes IVX – Courbe apparente d’une pompe VX – Projet et installation VIX – Conseils pour installation et surveillance VIIX - Sélection

Avant d’apprendre à vérifier le rendement d'une pompe hermétique (C) et décrire les principaux modes de raccordement des pompes hermétiques (D), le stagiaire doit :

VIIIX – Caractéristiques d’une pompe hermétique à vitesse constante IXX – Caractéristiques d’une pompe hermétique à vitesse variable XX – Déterminer le débit d’un liquide circulant d’un venturi XIX – Le NPSH des pompes et des installations XIIX – Sécurité de fonctionnement XIIIX – Protection des pompes XIVX – Rendement d’un groupe électro- pompe XVX – Problèmes de cavitation


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PRESENTATION DU MODULE

Ce module : pompes hermétiques se situe parmi les modules qualifiants de la formation du froid industriel. Ce module rend le stagiaire apte à maîtriser la technologie des pompes hermétiques. Il porte sur les chapitres suivantes : I – Localiser la pompe hermétique d’une installation frigorifique II – décrire les composants d’une pompe hermétique en coupe ou d’une pompe démontée III – Calculer la pression statique produite par le déplacement de réfrigérant dans une conduite IV – Calculer la pression statique produite par une colonne de réfrigérant V – Mesurer la pression totale Pt = Ps + Pv VI – Décrire la pression de vitesse en mesurant la pression totale et en calculons la pression statique VII – Décrire les composants d’une pompe hermétique simple VIII – différentes pompes hermétiques IX – les pompes à réfrigérant WITT X – principe de construction des pompes GB XI –information concernant la construction d’installation XII – dimensions et poids XIII – couplage des pompes IVX – courbe apparente d’une pompe VX – projet et installation VIX – conseils pour installation et surveillance VIIX – sélection VIIIX – Caractéristiques d’une pompe hermétique à vitesse constante IXX – caractéristiques d’une pompe hermétique à vitesse variable XX – déterminer le débit d’un liquide circulant d’un venturi XIX – le NPSH des pompes et des installations XIIX – sécurité de fonctionnement XIIIX – protection des pompes XIVX – rendement d’un groupe électropompe XVX – problèmes de cavitation S’adresse au formateur pour préparer convenablement les apprentissages indispensables pour atteindre les objectifs visés par ce module. Le volume horaire théorique : 20H Le volume horaire pratique : 10 H


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Module N°26 : POMPES HERMETIQUES

RESUME THEORIQUE


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A – Décrire le principe de fonctionnement

I – Localiser la pompe hermétique d’une installation frigorifique

1 – Définition d’une pompe

Une pompe est un dispositif capable d'augmenter la pression d'un liquide afin de le mettre en mouvement et le transporter a l'aide d'une tuyauterie.

2 -TYPES

Pour augmenter la pression deux moyens sont possibles:

a) le procédé dynamique employé par les pompes centrifuges.

b) le procédé statique qui est utilise par les pompes à pistons, à engrenages, à vis, à palettes,...etc

3 - Pompe à fluide frigorigène

a) - Avantages

L'utilisation de pompes dans les installations frigorifiques permet de:

• Travailler en régime noyé, ce qui améliore considérablement l'efficacité des évaporateurs.

• Simplifier les installations à postes multiples en supprimant les séparateurs de liquide et leurs régulation.

• Améliorer le rendement des compresseurs dans le cas où elles permettent de raccourcir la tuyauterie d'aspiration: donc moins de pertes de charge et moins de surchauffe à l'aspiration!

• Economie sur les diamètres des tuyauteries, aller et retour d'évaporateurs.

. Régulation plus souple au niveau des compresseurs et amélioration des performances au niveau de la température et l'hygrométrie à obtenir.

• Apporter une solution aux problèmes de pertes de charge provoques par des différences de niveau.


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b) - Types

Les pompes utilisées sont du type centrifuges. Elles peuvent comporter une ou plusieurs roues.

On peut distinguer deux catégories: x) - pompes ouvertes y) - pompes hermétiques

x) - Pompes ouvertes

Les pompes ouvertes sont entraînées par accouplement direct avec un moteur électrique.

L'étanchéité au niveau de l'arbre est assuré par une garniture rotative à bague. Cette garniture est lubrifiée grâce à une boite à huile surmontée d'un récipient de remplissage. (voir document WITT)

Ce type de pompe a l'avantage de ne pas communiquer la chaleur du moteur au fluide, cependant, elles sont limitées par la température de figement de l'huile. y) - Pompes hermétiques

Les pompes hermétiques sont réalisée par chemisage :

le rotor du moteur est noyé dans le fluide et séparé du stator par tôle mince assure

l'étanchéité par rapport à l'atmosphère.

c) - précautions

Les pompes à fluide frigorigène fonctionnent toujours en charge. La tension de vapeur du liquide à pomper étant celle régnant dans la partie supérieure du réservoir, le liquide est en état d'ébullition. Les conditions de cavitation interviennent toujours quand Ps = Pv Il faut donc s'assurer que la hauteur de charge soit toujours supérieure à la somme du NPSH pompe + pertes de charge dans la tuyauterie d’aspiration. Il ne faut pas oublier que l'augmentation du débit entraîne l'augmentation du NPSH pompe.

la conduite aspiration pompe doit présenter les garanties suivantes: -- Diamètre important (vitesse < 0,5 mis) Pas de coudes (si possible) -- Vannes à boule, passage direct -- Hauteur de sécurité (mini 0,5 m)

-- si filtre, impératif qu’il ait une faible perte de charge et surveiller sa

propreté.


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4 – Compression mono - étagée

Quand l'installation comporte plusieurs évaporateurs et que l'on veut tirer profit des avantages du régime noyé on équipe l'installation d'une pompe à fluide frigorigène.

Cette pompe est toujours montée en charge, c'est à dire en dessous du niveau du liquide. Ceci permet" avec un bon dimensionnement de la tubulure d'aspiration, d'éviter I’évaporation du fluide à l’entrée de la pompe, ce qui entraînerait l'interruption du débit et la détérioration de la pompe.


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Le débit assuré par la pompe est ,en principe, de 3 à 6 fois, supérieur au débit- masse de la Vapeur sortant de l'ensemble des évaporateurs. Donc, la tuyauterie de retour transporte un mélange liquide-vapeur vers la bouteille séparatrice. La pression à la sortie de la pompe doit être capable de vaincre l'ensemble des pertes de charges engendrée par l'éloignement des évaporateurs. Un régleur ajuste le débit dans chaque évaporateur.

Le cycle de cette installation, très utilisée en froid industriel, est représenté ci, contre. La pression du point 5 et du point 7 peut être lue sur les manomètres placés à l'aspiration et au refoulement de la pompe. Le titre du point 9 est évalué en fonction du débit de la pompe. 5 - Circuits à recirculation par pompe a) - Principe de fonctionnement

Les installations à recirculation par pompes permettent la répartition du réfrigérant d'une manière aisée à un grand nombre d'évaporateurs placés à des endroits qui peuvent être éloignés.

c) - Schéma de principe 1

POMPE HERMETIC CAM

Exécution standard pour fluides dont la température de service est comprise entre 120° et + 90 °C


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Pompes HERMETIC dans les installations frigorifiques

De par leur conception, les groupes moto-pompes HERMETIC à rotor noyé conviennent parfaitement pour les installations frigorifiques. Elles sont caractérisées par une étanchéité parfaite et un fonctionnement absolument sans entretien. Schéma 1 : représente le schéma simplifié d'une grosse installation frigorifique avec des pompes en service. Dans cette installation le séparateur central contenant le liquide frigorigène est en charge au dessus de la pompe. La pompe transfère le liquide jusqu'aux évaporateurs. La vapeur résultante et le liquide en excès retournent au séparateur. Le compresseur, le condenseur et la vanne de régulation constituent pour ainsi dite un second circuit.



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On utilise dans ce type d'installation soit des pompes semi-hermétiques, soit des pompes hermétiques qui sont à nouveau le plus fréquemment utilisé car elles présentent l'avantage de moins caviter que les premières. 6 – Evolution du fluide frigorigène a)- Circulation par pompe . a1) Schéma de principe et diagramme h, log. p


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En amont de l'organe de détente le fluide se trouve à l'état indiqué 3, après son passage à celui indiqué 4.Dans le secteur agrandi du diagramme le point 4' indique l'état de surface du fluide dans le séparateur et le point 4" la pression à l'entrée de la pompe La différence de pression Δp1 représente la pression statique de la colonne de fluide moins la perte dynamique et la perte par frottement.

Le critère de choix de p1 est que, pour éviter la cavitation dans la pompe en fonctionnement normal, cette valeur doit être supérieure à la valeur NPSH, de la pompe.

En aval de la pompe et en amont de l'étranglement nous trouvons l'état 5 l'augmentation de pression au-dessus de- la pompe est dénommée p. Après l'étranglement nous trouvons l'état 5' où le fluide est encore sous-refroidi. La chute de pression Δp2 détermine la capacité de celui-ci et, de ce fait, la quantité de fluide admise dans l'évaporateur: ainsi le rôle essentiel de ces organes est d'assurer la répartition correcte sur tous; les évaporateurs de l'installation.

La chute de pression Δpf dans l'évaporateur est principalement fonction de sa conception Δp3 correspond à la chute de pression dans la conduite de retour.

Comme le fluide frigorigène sert à refroidir la pompe, environ la moitié de sa puissance est absorbée par le fluide frigorigène ce qui peut s'exprimer par la relation: Q = G.Δhp

G = débit de la pompe

Δhp = accroissement d'enthalpie au passage de la pompe.

Cela nous amènera à étudier plus précisément les pompes frigorigènes, sélection et technologie des évaporateurs à régime noyé alimentés par pompes.


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L'alimentation par pompe des évaporateurs est le principe le plus souvent retenu en industriel : - Les pertes de charge du circuit sont combattus par le pompe, -- Meilleur rendement de l’évaporateur, totalité de la surface utilisée - La chute de la pression d'aspiration n'est due qu'à la ligne d'aspiration entre le

séparateur de liquide et les compresseurs, - Le rendement global de l'installation est amélioré de façon notable.

II – décrire les composants d’une pompe hermétique en coupe ou d’une pompe démontée

a) coupe d’une pompe

b) Marche à suivre pour démontage d’une pompe 1. Assurez-vous que le courant électrique est interrompu, 2. Ouvrez le boîtier de raccordements électriques du moteur . 3. Débranchez le câble d'alimentation. 4. Desserrez le connecteur passe-fils. 5. Sortez le câble d'alimentation du boîtier de raccordement. 6. Placez des marottes ou du ruban isolant sur les fils dénudés. 7. Desserrez et enlevez les boulons de fixation des brides 8. Retirez les joints qui peuvent être réutilisés. 9. Démontez la roue. I0. Nettoyez la roue et l' intérieur de la volute. 11. Démontez la garniture d'étanchéité ( joint mécanique ou presse-étoupe) avec précaution afin de ne pas endommager les parties caoutchoutées qui servent à l' étanchéité.


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13. Démontez le bâti de la pompe 14. Démontez le moteur électrique non sans avoir pris soin de marquer, à l' aide de stylo feutre ou d'un poinçon, les paliers avant et arrière du moteur électrique. 15. Vérifiez l'état des contacts auxiliaires du relais centrifuge, s'il y a lieu. Les nettoyer au besoin. Faites vérifier votre travail. III – Calculer la pression statique produite par le déplacement de réfrigérant dans une conduite 1 -APPLICATIONS DU THEOREME DE BERNOULLI : ► Ecoulement permanent d’un fluide parfait sans émission de travail

a) quelle est la pression qui règne en amont du robinet ? Pa = Pat z Va = 0 A za Réservoir d’eau Pb = ? Vb = 0 zb robinet fermé B Pb – Pa 1 (1) ---------- + ---- ( Vb² - Va² ) + g ( zb – za ) = 0 ρ 2 le robinet est fermé , il n’y a pas d’écoulement d’où : Vb= Va = 0 donc l’équation de BERNOUILLI devient e multipliant (1) par ρ :


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pb – pa = - ρg (zb – za) pb – pa = ρg (za – zb) si za – zb = h et pa = p atmosphérique alors : : principe fondamental de l’hydrostatique et pb = ρgh + p at

b) à quelle vitesse s’écoule le fluide lorsque le robinet est ouvert ? : Pa = Pat z Va = 0 A za Réservoir d’eau Pb = p at Vb = ? zb robinet ouvert B Pb – Pa 1 (1) ---------- + ---- ( Vb² - Va² ) + g ( zb – za ) = 0 ρ 2 avec Pb – Pa ---------- = 0 ET Va = 0 ρ d’où ½ Vb = - g(zb – za)

(2) 1/2Vb² = gh

pb – pa = ρgh


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Vb = 2gh Remarque : en multipliant (2) membre à membre par m (kg) nous obtenons : 1/2mVb² = mgh Conservation de l’énergie Energie cinétique = Energie potentiel ► Ecoulement permanent d’un fluide parfait avec émission de travail ( pompe hydraulique) 4 conduite de entrée pompe refoulement z4 – z1 = h 2 3 sortie pompe conduité d’aspiration 1 z x soit une pompe élevant de l’eau d’une hauteur h appliquons l’équation de BERNOULLI entre 1 et 4 : P4 – P1 1 V1-4 = ---------- + ---- ( V4² - V1² ) + g ( z4 – z1 ) en j/kg ρ 2 Etat initial 1 : p1 = p atm, V1 = 0 , z1 Etat final 4 : p4 = p atm, V4 = 0 , z4 D’ou :

V1-4 = 1/2V4² + g (z4 – z1) en J/kg


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Le travail de la pompe est cédé au fluide pour lui donner :

de l’énergie cinétique : 1/2V4² de l’énergie potentielle, pour vaincre la différence de hauteur : g (z4 – z1)

V1-4 = V2-3 en J/kg V1-4 : énergie recue par le fluide dans le réseau V2-3 : énergie cédée par la pompe 2 - DIFFERENCE DE PRESSION AVAL-AMONT SUR LA POMPE : 3 - DIFFERENCE DE HAUTEUR MONOMETRIQUE DE LA POMPE : En m de liquide Appliquons à notre exemple : V2-3 P3 – P2 ------- = -------- + 1/2g (V3² – V2²) + (z3 – z2) g ρ g

P3 – P2 = ρ V2-3 = ρ V1-4 en

V2-3 V1-4 Hm = ----- = ------ g g

P3 – P2 Hm = --------- ρ g

V2-3 P3 – P2 ------- = -------- + (z3 – z2) + 1/2g (V3² – V2²) g ω hauteur statique hauteur dynamique hauteur manométrique totale de la pompe


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IV – Calculer la pression statique produite par une colonne de réfrigérant

1 -MESURES SUR LA POMPE

ΔP = P2 – P1 ΔP D’où : Hm = ------- avec m :colonne du liquide

considéré p.g ΔP = p.g.Hm Connaissant Hm, il est possible d’entrer dans la courbe de la pompe, pour en déduire le débit volume. Dans le cas ou la pompe doit véhiculer un fluide autre que celui prévu par la courbe constructeur, la hauteur résistante du réseau devra être convertie en mètre de colonne du fluide considéré sur la courbe. Ex : soit un réseau d’eau glycolée de hauteur résistante en Hm utilisant une pompe prévue pour véhiculer de l’eau. Mcg

P : masse volumique du liquide Véhiculé en kg/m3 G : accélération de la pesanteur En m/s²


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Dans le cas ou le liquide véhiculé est autre que celui indiqué par la courbe constructeur (ex:Hm en mètres de colonne d'eau), mesurer le ΔP sur la pompe et entrer dans les courbes en calculant:

Bernoulli . . . Différence de hauteur Différence de vitesse Différence de pression statique

2 - Théorème de pascal :

Si en un point quelconque d’un liquide en équilibre la pression vient à varier, cette variation de pression se produit en tout autre point du liquide. P2 – P1 = ρ.g .Δh = cte

Connaissant Hm, il est possible d’entrer

eau dans la courbe de la pompe, pour en déduire le débit volume

ET

P2 – P1 1 ---------- + ---- ( V2² - V1² ) + ( z2 – z1 ) + j = Hm ρ.g 2g


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V – Mesurer la pression totale Pt = Ps + Pv Application de la loi de bernoulli a) Phénomène de Venturi

Figure 10 L'équation de continuité d'un fluide incompressible montre que la vitesse augmente si la section diminue: v 2 > v 1 = v 3 dans le dispositif de la figure 10. En utilisant ce résultat dans l' équation 26 de Bernoulli entre les points 1 et 2 ( p1 + ρgz1 + 1/2ρv1² = p2 + ρgz2 + 1/2ρv2² ), on constate que P2 < P 1 et que l' on a un phénomène d'aspiration par l'orifice en 2.

Ce phénomène est utilisé pour différentes applications telles que la mesure de vitesses et de débits. Un canal c (figure 10) permet une aspiration de fluides: vaporisateur, trompe à eau, carburateur, bec bunsen, etc. b. Tube de Venturi

Pour déterminer le débit massique dans une conduite, on utilise le tube de Venturi schématisé à la figure II.


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Les orifices sont capables de mesurer les pressions locales p1 et p2 dans la conduite. Pour un fluide incompressible et un écoulement permanent, les équations de continuité et de Bernoulli conduisent au débit massique donné par:

c) - Mesures des pressions tubes de PILOT

1) – Pression Statique Ps

Ps

2) – Pression Dynamique Pd

Pd

Pd = ( V²/2).ρ

3) – Pression Totale Pt

Pt


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Pt = Ps + ( V²/2).ρ

Avec V en m/s

ρ en kg/m3

P en Pa (N/m²)

VI – Décrire la pression de vitesse en mesurant la pression

totale et en calculons la pression statique

a) - Mesure de vitesse en un point d’écoulement ( LE TUBE DE PITOT )

3

5 H

z

0

1 2 4

En 3 et en 2 la vitesse est nulle appliquons Bernoulli entre 1 et 2 :

P2 – P1 1

+ (V2² - V1²) + g ( z2 – z1 ) = 0

ρ 2

1 et 2 même niveau donc z2 – z1 = 0

V2 : vitesse nulle

V1 : vitesse recherchée

D’où :

P2 – P1 1

---------- + ------ (V2² - V1²) + g ( z2 – z1 ) = 0

ρ 2

= 0 = 0


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P2 – P1 1

---------- + ------ V1² = 0 (1)

ρ 2

Remarque qu’au pont 2 est nulle P2 = P1 + ρ V1²/2

P4 = P1 = Pression statique

Or d’après les lois fondamentales de l’hydrostatique appliquées entre

2 et 3 : P2 = P3 + ρg (z3 –z2 ) ; P3 = P atmosphérique d’où

P2 – Pa

---------- = g (z3 –z2 ) (2)

ρ

de même le tube 4-5 contient le liquide statique et perpendiculaire au vecteur vitesse.

P4 = P5 + ρg (z5 –z4 ) avec P5 = Pa

P4 – Pa

---------- = g (z5 –z4 )

ρ

mais z4 = z2

P4 – Pa

---------- = g (z5 –z2 ) (3)

ρ

effectuons (2) – (3) :

Pression totale = Pression statique + Pression dynamique


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P2 – Pa P4 – Pa

----------- - ---------- = g (z3 –z2 ) - g (z5 –z2 )

ρ ρ

P2 – P4

--------- = g(z3 – z5) = g H (4)

ρ

si P1 = P4 alors (3) et (4)

½ V1² = g H

d’où :

VII – Décrire les composants d’une pompe hermétique simple Les composants d'une pompe hermétique centrifuge ne sont pas nombreux. La pompe se compose : . - du corps; - de la roue (turbine); - de la garniture d’étanchéité avec son ressort (presse- étoupe)

l’arbre qui est dans certains cas, le prolongement de l’arbre du moteur (1), à accouplementdirect (direct drive) (2) ou encore à accouplement par courroies (3).

V1 = 2gH


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Figure :2.1 Différentes types de montage des pompes La figure 2.1 vous montre ces trois types de montage utilisés dans les circuits de refroidissement et de chauffage en réfrigération et en climatisation. Il est à noter que la pompe centrifuge accouplée sur l' arbre du moteur reste celle, parmi les trois types de montage énoncés ci-dessus, la plus utilisée dans le métier .

1 - Corps de pompe Dans les pompe centrifuges utilisées en Climatisation pour le transport de l'eau chaude ou l'eau refroidie peuvent avoir le corps de la pompe de deux différents types : - un corps à volute - un corps à ailettes de diffusion.

2 - Corps à volute Ce type de corps comporte un canal où le fluide circule et dont la section du canal augmente progressivement. À mesure que le liquide se déplace, il faut face à un espace grandissant qui aboutit à une tubulure conique ( en forme de cône) de refoulement. La vitesse du liquide diminue, et ce dernier se transforme en pression (figure 2.2).


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Figure :2.2 corps de pompe à volute

Dans ce type de pompe centrifuge, l'entrée l'eau se fait par le centre du corps de la pompe qui guide le liquide jusqu'à l'entrée de la roue. Par sa forme, le corps de la pompe guide ensuite le liquide vers la sortie ou refoulement.

3 - Arbre

L'arbre de la pompe est fait en acier et, dans certains cas (fluide corrosif), en acier trempé inoxydable (stainless). Cet arbre est solidaire de la pompe et du roter du moteur électrique. La figure 2.3 vous montre un plan coupé de cette pièce d'une extrémité à l'autre.


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Figure :2.3 corps d’un système de pompage

Comme vous pouvez le constater à la figure 2.3, l'arbre du système traverse l'ensemble (pompe et moteur ). Sur cet arbre, les pièces qui composent ce système sont ( de la gauche vers la droite) : - le roulement à bille du palier (P) + (D). On emploie un roulement à billes plutôt qu'une bague sur certains moteurs accouplés à des pompes centrifuges ou qui ont des vitesses de rotation élevées; - le relais centrifuge (A) qui a pour fonction de supprimer le circuit auxiliaire (Start) du moteur après le démarrage de celui-ci (voir le module 12 : Circuits, moteurs et dispositifs de commande électriques); - le rotor du moteur (C) ainsi que les ailettes de refroidissement qui servent à refroidir l'intérieur du moteur en créant un mouvement d'air; - le presse-étoupe (F et G) ou garniture d' étanchéité qui est le point étanche entre l'intérieur de la pompe, l'arbre et l' extérieur de la pompe. Le travail d'un presse- étoupe a déjà été expliqué dans le module 10 ( Compresseurs réciproques); - la roue (turbine centrifuge) (1) dont le travail consiste à faire circuler le fluide pompé de son centre vers sa périphérie. On appelle ce mouvement « centrifuge » car le fluide s'éloigne du centre de la turbine; - le corps de la pompe dont le moulage est fait pour que le fluide poussé par la turbine suive un mouvement circulaire qui l' amènera jusqu'à la décharge de la pompe. La décharge est notion sera traitée plus loin dans ce module. Voyez maintenant l'importance de l'arbre qui est, en réalité, le support de tout l'ensemble mécanique de la pompe centrifuge.


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4 - Distributeur Dans la pompe centrifuge, le fluide pompé est projeté à grande vitesse vers l'extérieur de la roue ( à la périphérie de la turbine) et pousse entre les palettes du diffuseur. La forme des palettes a été conçue de façon à ce que l'espace entre chacune d'elles s'accroisse graduellement. À mesure que le liquide se déplace et se retrouve dans un espace plus grand, sa vitesse diminue et sa pression augmente.

Certaines pompes à diffuseur ont une enveloppe en forme de volute en plus des palettes de diffuseur. L'action combinée de ces deux procédés mécaniques transforme l'énergie cinétique en énergie e pression. Les pompes, dont l'enveloppe n'est pas une volute, mais qui possèdent néanmoins un corps concentrique autour de la turbine, créeront une énergie de pression grâce seulement aux palettes de leur diffuseur. La figure 2.4 vous montre ce procédé mécanique.

Figure :2.4 distributeurs


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5 - Moteur Les types de moteur installés avec les pompes centrifuges sont généralement, pour des pompes de faible puissance(moteurs monophasés 110 et 220 volts avec condensateur de démarrage).À la figure 2.5, voyez ce type de moteur en branchement simplifié de ce système.

Figure : 2.5 moteur monophasé de faible puissance

Lorsqu'il s' agit de pompes de grande puissance pour des systèmes de très forte capacité, ou utilise des moteurs triphasés (figure 2.6) qui possèdent un contacteur -disjoncteur avec des protections de ligne. Figure : 2.6 moteur triphasé

Le choix du moteur qui entraîne la pompe est la responsabilité du fabricant de la pompe. Ce qui équivaut à dire que les figures 2.5 et 2.6 sont des généralités et qu'il existe des exceptions. En ce qui concerne les schéma électriques des figures 2.5 et 2.6, voyez le module 12 (circuits moteurs et dispositifs de commande électriques) .


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6 - Roue La roue, aussi appelée « impulseur », est faire des matières telles que :

- l' acier - l' acier inoxydable; - le bronze; - le téflon; etc.

Il existe trois sortes d'impulseur :

- fermé;

- ouvert;

- semi-ouvert.

La figure 2.7 montre les trois sortes d'impuIseur, appareils qui sont installés dans le corps de la pompe. Le choix de l' impulseur dépend : - de la constitution du liquide pompé (sable , glaise, acide, etc.); - de la hauteur totale de l' installation;, de la pression désirée;

- de la quantité de USGPM à pomper; - du débit de la pompe.

Figure : 2.7 impulseurs


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B - DISTINGUER LES TYPES DES POMPES HERMETIQUES

VIII – Différentes pompes centrifuges

Un diffuseur ou une volute transforme l'énergie de vitesse ainsi acquise en pression de refoulement.



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X. Principe et construction des pompes GP

X.1 La répartition simple du réfrigérant à un grand nombre d'évaporateurs placés même à des endroits éloignés, la possibilité d'un réglage facile et d'une commutation de dégivrage à gaz chaud raisonnable sont des arguments persuasifs pour la réalisation d'une installation frigorifique industrielle comme installation à pompes.

X.2 Des applications au côté haute pression de l'installation frigorifique servent à la réduction d'énergie nécessaire aux installations à vannes d'expansion.

X.3 Les pompes GP sont robustes et solides, même avec une quantité de réfrigérant insuffisante. Une surveillance de la pompe n'est pas nécessaire.

X.4 Le mode de construction à canal latéral offre des avantages:

a) grande augmentation de pression même à un flux volumétrique faible, important pour l'utilisation de NH3

b) effet auto-correcteur après l'interruption du refoulement en cas de présence d'une

grande quantité de gaz. X.5 Entraînement par moteur électrique standard à brides: = réduit le stockage éventuellement requis = augmente la mobilité sur le marché international X.6 Domaines d'application: Tous réfrigérants et liquides similaires d'une viscosité normale. Pression de service et secteur de températures: PB= 16 bar ,-10°C à +50°C PB = 8 bar, -60°C à + 50°C En tenant compte de la durée d'existence des garnitures de l'arbre, il est recommandé de ne faire fonctionner les pompes qu'avec une pression inférieure à 10 bar. Remplissage d'huile standard pour températures de service supérieure à –50°C. Huiles spéciales pour des températures plus basses, disponibles comme équipement spécial.


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XI INFORMATION CONCERNANT LA CONSTRUCTION D’INSTALLATION XI.1 Les pompes WITT sont disponibles comme suit : . avec contre brides seulement . avec vannes d'arrêt . avec tamis à impuretés en supplément . avec soupape de retenue à fermeture combinée XI.2 les pompes ont besoin d'une hauteur d'entrée d'au moins 1,0 m, mieux encore 1,5 m. XI.3 Placer la conduite d'entrée d'une façon courte et en pente continue; Eviter, à tout prix dimension nominale supérieure aux pièces de raccordement des pompes, une vanne d'arrêt supplémentaire ainsi que d'autres résistances! XI.4 Un filtre à grosses mailles pour la protection de la pompe se trouve toujours dans la pièce de raccordement côté aspiration. e tamis à impuretés à grande surface KS est prévu pour le nettoyage de l 'installation après le montage. Plus tard le tamis lui-même doit être enlevé pour éviter le risque d'interruption du refoulement. XI.5 la soupape de retenue ERA est livrée avec une pièce de raccordement pour le dégazage DN 10 et une vanne de réglage EE 6 en vrac. la vanne EE 6 doit être installée de façon à ce que du gaz, se formant à l'arrêt de l'installation, coule de la pompe vers le séparateur. XI.6 la qualité de l'huile pour les paliers/ garnitures de l'arbre est importante! C'est pourquoi il faut utiliser exclusivement l'huile prescrite par WITT. (le point d'écoulement doit être au moins 10 K sous la température de service la plus basse) . XI.7 Il faut tenir compte de l'écoulement, de l'eau de condensation et de dégivrage se formant I généralement à la pompe. XI.8 Une pièce de raccordement pour la ventilation et la vidange de la pompe lors du montage se trouve à la vanne d'arrêt côté pression, Elle sert aussi à l'installation d'un manomètre de contrôle. XI.9 En déterminant le séparateur on doit I particulièrement veiller à ce: a) qu'il n'y ait pas de formation de tourbillons à la conduite d'entrée.

b) que les conduites par lesquelles du réfrigérant clapote dans le séparateur, se trouvent aussi loin que possible des sorties des pompes.


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c) chaque pompe ait une propre conduite d'entrée.

b) qu'en cas de ~H3 le dispositif de drainage d'huile soit arrangé de sorte que l'huile venant du compresseur ne puisse pas entrer dans la pompe, elle pourrait, sinon,

être bloquée à de basses températures. XII Dimensions et poids Tous les robinets peuvent être déplacés de 180°. Nous nous réservons le droit de modifier les dimensions en fonction du développement technique.


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XIII- couplage des pompes :

Dans certains cas particuliers on peut faire appel au couplage de deux ou plusieurs pompes; en fonction des caractéristiques recherchées, ce couplage peut se faire en série ou en parallèle.

a) - couplage série :

- le débit reste le même - - les pressions s'ajoutent

b) - couplage parallèle:

- les débits s'ajoutent - la pression reste la même

IVX - Courbe apparente d'une pompe

a) pour une installation à l'étude le débit doit être de Q1 m3/h pour une résistance calculée de R1.

b) Lorsque l'installation est réalisée les éléments constitutifs du réseau sont invariables et la résistance totale R est uniquement fonction du débit Q

En effet, R s'exprime par la relation:

L V2 R = λ -------- soit λ L

D 2g ------ = Constante = b D 2g

Q² b Donc , R = b V2 ===> R = b --- ===> R = ------ .Q2 , S2 S2

R = perte de charge du circuit λ = coefficient du perte de charge La perte de charge dans un circuit varie comme le carré . du débit.


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On peut tracer sur un graphique la résistance du réseau en fonction du débit.

a) courbe calculée b) b) courbe réelle

(ces courbes sont identiques si la résistance calculée correspond à la résistance réelle)

On trace aussi la courbe circulateur:

a) point calculé

b) point réel ceci entraîne un fonctionnement avec un débit Q2 supérieur au débit calculé Q1. Pour retrouver le débit Q1 il faut ramener le point de fonctionnement en c.


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Le circulateur, lui, n'a qu'une courbe invariable.

Ici on trace une courbe parallèle à celle du circulateur et qui passe par C, on obtient la courbe apparente donnant le débit qui circulera dans le circuit.

Pour chuter ce débit on bipassera la pompe entre sortie et entrée. Le débit du bipasse étant la différence entre Q3 et Ql.

Dans un circulateur à débit variable ce bipasse est effectué à l'intérieur du circulateur.

Une autre solution à ce problème consiste à augmenter la perte de charge du

circuit en bridant une vanne de réglage.


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VX - Projet et installation

Le bon fonctionnement de la pompe HERMETIC dépend essentiellement de la conception de l'installation et de son fonctionnement On doit principalement observer les points suivants:

a) Maintenir la hauteur de charge minimale nécessaire pour éviter la cavitation.

b) La pompe doit fonctionner dans la plage comprise entre le débit minimal Qmin et le débit maximal Qmax. c) Assurer un dégazage automatique suffisant .

d) Eviter qu'il n'y ait de brusque changement de pression ou de température dans l'installation.

Le non respect de ce prescriptions peut entraîner dans les cas extrêmes une marche «à sec» de la pompe qui entraîne une usure des paliers et un mauvais refroidissement du moteur qui peut provoquer la détérioration du bobinage. La détermination du débit a de la pompe HERMETIC dépend de la puissance frigorifique de l'installation. La hauteur manométrique H dépend de la hauteur géométrique comprise entre la pompe et le compresseur, de sa perte de charge et des pertes de charges que représentent les tuyauteries, coudes et vannes. ATTENTION: Une pompe HERMETIC ne doit jamais fonctionner ni « à sec « , ni en cavitation .

VIX- Conseils pour l'installation et la surveillance a) Le liquide frigorigène est un gaz liquéfié à l'état d'ébullition. Il est

nécessaire de prévoir une hauteur de charge minimale (hmin) pour

éviter que la pompe ne fonctionne en cavitation.

emin (m) = NPSH pornpe (m) + perte de charge à aspiration (m) + coefficient de sécurité (m) (voir notice d'information HERMETIC: NPSH des pompes et des installations). Les hauteurs de charge disponibles dans les installations frigorifiques sont en général très faibles. C'est pourquoi les NPSH des pompes HERMETIC ont des valeurs particulièrement faibles. Ces valeurs de NPSH peuvent être pleinement exploitées à condition que la perte de charge dans la conduite d'aspiration soit aussi faible que possible. b) Le dimensionnement de l'installation de la conduite d'aspiration a une influence déterminante. Pour assurer un bon fonctionnement à la pompe, il faut éviter l'admission de bulles de gaz dans la pompe. La conduite d'aspiration doit être aussi courte que possible et bien isolée.

hmin (m) = NPSH pompe (m) + perte de charge à aspiration (m) + coefficient de sécurité (m)


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La section doit être au moins égale au diamètre de la tubulure d'aspiration de la pompe. La pente de la tuyauterie jusqu'à la pompe doit être continue. La vitesse de liquide donnée par le débit et le diamètre de la tuyauterie ne devrait pas dépasser 1 ml sec. Nous déconseillons de monter un filtre à l'aspiration. Celui-ci peut provoquer l'accumulation de bulles de gaz et constituer une perte de charge supplémentaire. Les pompes HERMETIC pour liquides frigorigènes possèdent un filtre interne auto-nettoyant monté en série qui permet d'éviter que les particules solides ne rentrent dans les paliers.

. c) Pour que la pompe fonctionne correctement, il est impératif que la plage de fonctionnement soit respectée (voir schéma 2).

La nécessité d'un débit minimal est obligatoire pour les raisons suivantes:

1) Assurer un refroidissement suffisant du moteur.

2) Eviter la formation de bulles de gaz dans la pompe (rotation «à sec» des paliers).

3) Eviter de fonctionner en cavitation.

Le débit maximal est limité:

1) Par la puissance du moteur.

2) Par la hauteur de charge existante. Le NPSH nécessaire augmente avec le débit.

3) Pour maintenir une certaine pression minimale dans le moteur et éviter que le fluide ne vaporise.

Schéma 2

ABSICHERUNGEN : Qmin par diaphragme Qmini

Qmax par diaphragme Qmaxi ou pressostat différentiel

A (bar) = H2 (m Cl) * p (kg/m3) 10²*10²


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Il est possible de maintenir la pompe dans sa plage de fonctionnement en prévoyant un bypasse et des diaphragmes Qmini et °maxi. On peut également monter un pressostat Δp à la place du diaphragme Q maxi qui arrêtera la pompe en cas de chute de pression en dessous de la valeur admissible. ATTENTION: Les vannes de la conduite de by-pass doivent rester ouvertes en permanence (enlever les volants manuels). IMPORTANT Le diaphragme de débit maxi doit si possible être monté en amont de la conduite de by-pass. Le diaphragme de débit mi ni doit être monté si possible immédiatement avant le séparateur pour éviter une circulation en deux phases.

d) Dégazage et désaération automatiques de la pompe Le by- pass tient lieu de conduite de dégazage à l'arrêt. La pompe ne doit être mise en route que lorsqu'elle est remplie de liquide. Lors du premier remplissage ou lors d'une remise en route de la pompe il convient d'attendre que la température de la pompe soit identique à celle qui règne dans le séparateur. Dans le cas d'utilisation d'un clapet anti-retour dans la conduite de refoulement veiller à ce que celui-ci soit monté après le piquage de la conduite de by-pass pour que le dégazage soit automatique. ATTENTION: Pas de clapet anti-retour dans la conduite de by-passe.


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e) Des brusques changement de pression ou de température peuvent provoquer des bulles de gaz qui peuvent entraîner un désamorçage de la pompe (cavitation). La vitesse de chute de pression admissible , dépend de la hauteur de charge existante et du temps de passage du liquide frigorigène dans la conduite d'aspiration. Une chute de pression survient toujours lors de l'arrêt d'un compresseur ou bien lorsque l'on augmente la puissance de compression. Pour éviter une vitesse de chute de pression importante, il convient donc de prévoir une régulation sensible de la puissance du compresseur.

f) Une hauteur de charge faible ou un débit important peuvent entraîner

Des turbulences dans le séparateur ! (vortex) qui peuvent conduire à un

désamorçage de la pompe. Pour éviter ces turbulences il est nécessaire

de prévoir soit un croisillon à l'entrée de la conduite d'aspiration ou bien

le montage d'un dispositif anti-Vortex.

g) Il convient également de respecter la température de pompage maximale (voir

fiche de fonctionnement) pour éviter une vaporisation du fluide qui passe dans le

moteur.

h) Lorsque plusieurs pompes fonctionnent en parallèle avec une conduite de refoulement commune, il est nécessaire de prévoir un bypasse pour chaque pompe installée. Ceci est nécessaire pour que la pompe à l'arrêt puisse être dégazée en permanence. D'autre part le débit minimal de chaque pompe est ainsi indépendant. Si une pompe est installée en réserve, il est nécessaire de prévoir des clapets anti-retour pour éviter que la pompe en service ne refoule dans la pompe à l'arrêt. Si les vannes d'isolation de la pompe de réserve sont ouvertes, il est préférable que celle-ci reste pleine de liquide et puisse être prête à


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démarrer. La conduite de bypasse permet indifféremment de mettre chaque pompe en route et permet le branchement d'une seconde pompe sans obligation de manoeuvrer les vannes d'isolation.

. i) Il faut veiller à ce que de trop grandes quantités d'huile non dissoute ne

rentrent dans la pompe. Compte tenue des hautes valeurs de viscosité ceci peut

conduire à des difficultés lors du démarrage. Prévoir le cas échéant un éparateur

d'huile approprié.

j) Le moteur à rotor noyé doit être protégé par un disjoncteur agréé VDE 0660.

VIIX -- SELECTION

10.1 Le flux volumétrique minimale ( sans tenir compte du facteur de circulation)

est déterminé, avec les valeurs indicatives suivantes, par l'évaporation qui peut

être calculée comme suit: 0,006 m3/h p. chaque kW pour NH3 0,018 m3/h p.

chaque kW pour R22 Le flux volumétrique nécessaire à l'installation est

généralement plus grand; pour la répartition sur les refroidisseurs, le facteur 3

à 4, en cas de NH3, a fait ses preuves. 10.2 Si le réfrigérant doit être réparti de façon uniforme à plusieurs endroits d'injection, le dimensionnement des orifices d'étranglement nécessaires détermine le flux volumétrique. 10.3 La hauteur de refoulement de la pompe est déterminée par le niveau de placement des évaporateurs et par la perte de pression à travers les étranglements de distribution (voir conversion page 23). A cause de la ligne distinctive Q/H raide des pompes WITT, un calcul onéreux des résistances des conduites à tubes n'est pas habituel. 10.4 Vous pouvez sélectionner la pompe appropriée à l'aide des courbes de débits se trouvant pages 8 et 9. Des quantités de refoulement plus grandes peuvent être obtenues par le branchement en parallèle de plusieurs pompes avec soupape de retenue ; des quantités moins importantes moyennant une conduite By-pass. 10.5 Il faut éviter le fonctionnement des pompes en état, presque ou complètement, étranglé (voir partie discontinue des courbes de débit). Si


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le branchement des évaporateurs laisse supposer de telles conditions de service, il faut prévoir une conduite By-pass avec soupape de décharge. 10.6 -La puissance du moteur d'entraînement dépend du poids spécifique du réfrigérant. Veuillez voir les détails Fig. 11. 10.8 La forme et le volume du séparateur, l'arrangement des pièces de raccordement, le mode de réglage ainsi que la commande des compresseurs ont une influence déterminante sur la sûreté de l'installation à pompes. Nous sommes des interlocuteurs compétents à ce sujet. 10.9 Si les pompes sont destinées à refouler des liquides bouillants, vous ne

Pouvez pas faire votre choix d’après les indications habituelles du NPSH. les pompes WITT ont besoin d'une hauteur d'entrée de 10 m, mieux encore 1,5 m, pour dominer la chute de pression, habituelle dans la pratique, à la commutation des compresseurs.


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-Sélection d'une pompe

Le choix d'une pompe se fait en fonction du débit de fluide frigorigène à véhiculer dans l'installation et de sa hauteur de refoulement déterminée par le niveau de placement des évaporateurs et par la perte de pression à travers les étranglements de distribution et les canalisations. 3. Conversion

Hauteur de refoulement H par rapport à l'augmentation de pression Δp en

Fonction de la densité P.


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4. Puissance du moteur Fig.11

du réfrigérant et flux volumétrique: puissance nominale et type d'exécution standard BG. C et D – Vérifier le rendement et décrire les principaux modes de raccordements des pompes hermétiques

Les caractéristiques d'une pompe varient en fonction de ces deux paramètres.

VIIIX - Caractéristiques d’une pompe centrifuge à vitesse constante La majorité des circuits hydrauliques possèdent une pompe ou un circulateur dont le rôle est de faire circuler le fluide donc d'assurer un certain débit compte tenu des pertes de charge du circuit. Ainsi, une pompe sera essentiellement caractérisée par deux grandeurs, le débit et la pression (hauteur manométrique) qui dépend de la résistance à l'écoulement du circuit. Le dépit d'une pompe est lié à la résistance du circuit, c’est-à-dire à la hauteur manométrique totale. Ce débit peut être nul si par exemple le refoulement de la pompe est obturé par une vanne; il augmente progressivement lorsque la hauteur manométrique diminue. Cette variation simultanée du débit et de la pression peut être traduite graphiquement par une courbe qui donne pour chaque valeur de la hauteur manométrique le débit correspondant.


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La courbe caractéristique indique que le point de fonctionnement d'une pompe est essentiellement fonction du circuit; on ne peut donner le débit exact qu'en précisant pour quelle hauteur manométrique ce débit est assuré.

Sur la figure précédente, on voit que pour une hauteur manométrique H, on aura un débit Q.

Ce graphique représente également la courbe de rendement de la pompe qui permet

de délimiter une zone de fonctionnement optimum là où le rendement

est acceptable; sur la figure, le point de fonctionnement de la pompe sera choisi entre Q1

et Q2.

IXX - Caractéristiques d'une pompe hermétique à vitesse variable

Si l'on fait varier la vitesse de rotation les caractéristiques suivent la loi générale des appareils hermétique : - le débit varie proportionnellement à la vitesse

Q1 V1 ----- = ----- Q2 V2


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- la pression (hauteur manométrique) varie proportionnellement au carré de la vitesse P1 V1² ----- = ----- P2 V2²

- la puissance absorbée varie proportionnellement au cube de la vitesse, le rendement étant supposé constant

PW1 V13

------ = ------

PW2 V23

exemple: si vitesse x 2 --> débit x 2 --> pression x 4 --> puissance. x 8


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XX – déterminer le débit d’un liquide circulant d’un venturi Tube de Venturi

Pour déterminer le débit massique dans une conduite, on utilise le tube de Venturi schématisé à la figure II. Les orifices sont capables de mesurer les pressions locales p1 et p2 dans la conduite. Pour un fluide incompressible et un écoulement permanent, les équations de continuité et de Bernoulli conduisent au débit massique donné par:


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XIX – le NPSH des pompes et des installations

NPSH est l'abréviation de l'expression anglaise «Net-Positive-Suction-Head», encore appelée «hauteur d'aspiration nette positive" ou «hauteur totale de pression de retenue".

Le NPSH est rattaché au phénomène de cavitation. De même que la hauteur d'élévation,

le débit et la puissance absorbée, il représente pour une pompe une des données les plus

importantes. on distingue le NPSH de l'installation (NPSHA ou NPSH disponible) et le NPSH de la pompe (NPSHp ou NPSH nécessaire). En comparant simplement les deux valeurs NPSHA et NPSHp, il est possible de déterminer si la pompe choisie pour l'installation concernée ~st adaptée ou non. Pour que la pompe fonctionne sans caviter on doit avoir:

Cette condition doit être remplie sur la totalité du domaine de fonctionnement admissible de la pompe. C'est le cas lorsque le NPSHA (m) est supérieur d'environ 0,5 m au NPSHp (m).

Exemple: Le NPSHA de l'installation est de 3 m. La pompe déterminée en fonction du débit et de la hauteur d’élévation a un NPSHp de 4 m. Suivant la formule (1 ), la pompe ne peut pas fonctionner.

Si la condition (1) n'est pas remplie-, c'est-à-dire si le NPSHA est inférieur au NPSHp,

la pompe fonctionne en cavitation. Le liquide va vaporiser à l'intérieur de la pompe, ce qui aura pour conséquence: a) une chute du débit et de la pression,

. b) l'apparition de bruits importants et de claquements qui entraîneront une corrosion de la roue et éventuellement sa destruction.

Il s'en suit en outre pour une pompe HERMETIC: c) une chute du courant partiel qui traverse le moteur et donc une mauvaise

lubrification des paliers,

NPSHA > NPSHP


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d) un manque d'évacuation des calories dégagées par le moteur, ainsi

qu'une perturbation de l'équilibrage hydraulique axial.

Une cavitation persistante conduit immanquablement à la destruction de la pompe

HERMETIC.

XIX.1 - Le NPSH de la pompe: Le NPSHp dépend seulement des caractéristiques de ra pompe et non de celles de l'installation. Il est variable pour chaque pompe en fonction du débit et de la vitesse de rotation. De plus il est toujours positif. NPSHp est indépendant de la nature du fluide transféré. Les valeurs de NPSH mentionnées sur la courbe caractéristiques de chaque pompe résultent de mesures effectuées avec de l'eau froide. Ces valeurs ont été obtenues sur un banc d'essai spécialement conçu pour mesurer le NPSH et peuvent être vérifiées à tout moment. Le NPSHp donne une indication sur la possibilité d'aspiration de la pompe en un point précis de la courbe. La capacité d'aspiration de la pompe est d'autant plus grande que la valeur NPSHp est faible. Grâce à une construction adaptée, on peut obtenirde faibles valeurs de NPSH. Ces valeurs jouent un rôle très important, notamment dans Je cas de transfert de liquides proches du point d'ébullition (gaz liquéfiés).

XIX.2 - Le NPSH de l’installation

NPSHA équivaut à la réserve totale de pression au-dessus de la tension de vapeur du produit qui est disponible à la bride d'aspiration de la pompe.

Cette notion résume en un terme toutes les années de l'installation qui ont une influence sur la hauteur d'aspiration de la pompe. Il suffit au constructeur de la pompe de connaître la valeur NPSHA pour pouvoir garantir un fonctionnement irréprochable de l'installation de pompage.

Les différentes données contenues dans la formule NPSHA sont:

- la hauteur géodésique d'aspiration hs [m] : C'est la distance verticale comprise entre le niveau du liquide et l'axe de la pompe. Le fonctionnement avec une hauteur d'aspiration n'est possible que lorsque la pompe est auto- amorçante. Dans le cas d'utilisation de pompes non auto- amorçantes, on veillera à monter un dispositif, par exemple un clapet de pied, de façon à ce que la conduite d'aspiration et la pompe restent remplies de liquide.

- la hauteur géodésique de charge hz [m] : C'est la distance verticale entre le niveau du liquide contenu dans le réservoir en charge et l'axe de la pompe.

- la tension de vapeur pt [bar abs.] du liquide à pomper:


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La tension de vapeur d'un liquide à une .température donnée équivaut à la pression au-dessus de la quelle le liquide commence à bouillir, si cette pression s'exerce sur la surface du liquide.

Exemple: L'eau bout à une température de 20 "C dans un vide de 0,024 bar abs.

- la pression gazeuse p' [bar abs.] s'exerçant sur la surface du liquide à l'aspiration : La connaissance de cette pression est particulièrement importante. Si le réservoir d'aspiration ou de charge est à l'atmosphère, la pression gazeuse équivaut à la pression atmosphérique (p' = 1 bar abs.).

Dans les installations chimiques, la plupart des réservoirs sont fermés. La pression existante est différente de la pression atmosphérique (installation sous vide ou sous pression).

Si le liquide à pomper est en état d'ébullition, la pression régnant au-dessus du niveau du liquide équivaut à la tension de vapeur pt.

- poids spécifique [kg/dm'] du liquide à pomper. - perte de charge z(m) dans la conduite de l’aspiration : C'est la perte de pression résultant du frottement dans les conduites et vannes. On utilise couramment des valeurs estimées. On n'effectue le calcul de perte de charge des tuyauteries et des différents obstacles que dans les cas critiques. Il faut tenir compte dans le calcul du débit maximal possible. Ces différentes données permettent de calculer la valeur NPSHA suivant la Formule suivante:

Cas de fonctionnement en aspiration. :

Cas de fonctionnement en charge: (2)

10(p’ – pt) NPSHA = - hs – z y

10(p’ – pt) NPSHA = - hz – z y


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h = e Soit à transférer de l'ammoniac liquide à une température de 5 °C contenu dans un réservoir fermé. L'ammoniac est en état d'ébullition,.si pi en que la pression gazeuse régnant dans le réservoir équivaut à la tension de vapeur du liquide (p' = pt). Si la hauteur de charge el est de 2 m et la perte de charge dans la tuyauterie d'aspiration de 0,5 m, on aura suivant la formule (2) cas de fonctionnement en charge : NPSHA = hz-Z = 2,0- 0,5 = 1,5 m.


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Pour remplir la condition (1) et en fonction du NPSH de l'installation, le NPSHp de la pompe devra être inférieure ou égal à 1 m (avec un coefficient de sécurité de 0,5m). Soit

à transfert de l'octane liquide à 20 °C contenu dans un réservoir à pression atmosphérique. La hauteur géodésique d'aspiration est de 5 m et la pression atmosphérique s'exerçant sur la surface Qu liquide est de 1 bar abs. A 20 °C le poids spécifique de l'octane est de 0,7 kg/dm3 et sa tension de vapeur de 0,013 bar abs: La perte de charge dans la tuyauterie est estimée à 1 m. Ces données nous permettent suivant la formule (2) cas de fonctionnement en charge, de déterminer le NPSHA disponible: 10(1,0 – 0,013) NPSHA = - 5 – 1 = 8 m . On peut donc déterminer une pompe auto-amorçante ou non dont le NPSHp sera inférieur ou égal à 7,5 m.

XIX.3 TRANSFERT DE LIQUIDES PROCHES DU POINT D’EBULLITION

La formule (2) permet de constater que la différence entre la pression gazeuse p' régnant dans le réservoir et la tension de vapeur du liquide a une incidence déterminante sur la valeur du NPSHA. Les conditions d'installation critiques ou de cavitation surviennent toujours lorsque p'= pt.

En principe, dans ce cas, seul un fonctionnement en charge est possible. La valeur de NPSHA équivaut environ à la différence entre la hauteur de charge existante et la perte de charge de la conduite d'aspiration. Si la hauteur de charge n'est pas suffisante, on a la possibilité dans bien des cas d'augmenter la pression p' (bouteille d'azote) afin d'augmenter la valeur NPSHA, et remplir ainsi la condition NPSHA > NPSHp.


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Il est fréquent que l'augmentation de pression p' ne soit pas possible, par exemple dans le cas de liquides qui pour des raisons de réfrigération doivent demeurer à température constante (ammoniac, azote liquide). On s'efforcera dans ce cas de diminuer au maximum la perte de charge Z en sur dimensionnant la tuyauterie, et en augmentant au maximum la hauteur de charge hz.

Il est conseillé d'être particulièrement prévoyant dans le cas de gaz liquéfiés dont la température varie fortement, et de s'assurer les conseils du constructeur de la pompe.


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XIIIX – Protection des pompes

° Placer la conduite d’entrée d'une façon courte et en pente continue, avec une dimension nominale plus grande que les pièces de raccordement des pompes éviter de monter une vanne d'arrêt supplémentaire ou toute autres résistances.

Il faut en effet, limiter au maximum la perte de charge dans la conduite d'aspiration de la pompe.

on trouve également un filtre à grosses mailles pour la protection de pompe dans la pièce de raccordement côté aspiration.

° Le séparateur de liquide doit être étudié de façon, à ce qu'il n 'y ait pas de formation de tourbillon en direction de la conduite d'entrée, que les conduites par lesquelles du réfrigérant clapote se trouve aussi loin que possible des sorties de pompes, qu’une propre conduite d'entrée soit donnée à chaque pompe, que pour l'ammoniac, en particulier, le disposition de drainage d'huile soit arrangé de telle sorte que l'huile venant du compresseur ne puisse pas entrer dans la pompe qui pourrait alors être bloquée à basse température. Prévoir néanmoins de l'huile dont le point de congélation se situe au moins à 10°C au dessous de la température d service la plus basse. Prévoir un écoulement de l'eau de suage et de rosée se formant normalement sur la pompe.

° La station de pompes d'une installation frigorifique doit : comporter les accessoires suivants :

• Un robinet à passage direct sur l'aspiration,

• Un robinet au refoulement,

• Un clapet de retenu au refoulement

• Un dispositif de maintien de débit minimum constitué d’une vanne différentielle

ou d’un diaphragme monté sur une conduite particulière permettant également le dégageage de la pompe, notamment lorsqu'elle est arrêtée,


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° Un pressostat différentiel pour le contrôle de débit qui arrête la pompe en cas de chute de pression, ce qui assure une protection contre le phénomène de cavitation.


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XIVX – Rendement d’ un groupe électro- pompe


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XVX - LES PROBLEMES DE LA CAVITATION Les questions relatives à la cavitation ainsi qu'à la hauteur de charge minimale. sont d'une importance déterminante lors de l'installation de pompes à liquides frigorigènes. Si la pression statique régnant dans la pompe chute en dessous de la pression de saturation du liquide. il s'ensuit la formation de bulles de gaz dans la pompe, qui peut avoir les conséquences suivantes : -Chute de la hauteur manométrique et du débit. -Absence de refroidissement qu moteur et rotation « à sec » des paliers, Une cavitation prolongée peut, dans les cas extrêmes, conduire à la destruction de la pompe. Pour éviter une cavitation à 1'aspiration de ta pompe, la pression à 1'entrée de la pompe doit être plus importante, au minimum de !a valeur du NPSH nécessaire, que la tension de vapeur du liquide frigorigène, Pour des conditions de température constantes, la hauteur de charge du liquide est en général suffisante. hmin(m) = NPSH pompe + Z(m) + coefficient de sécurité (2) La valeur du NPSH de la pompe dépend du débit Q et peut être Relevée sur les courbes du constructeur ; le coefficient ,« z »correspond a la somme des pertes de charge dans la conduite d'aspiration. Le coefficient de sécurité correspond en général à 30% de la valeur du NPSH, soit au minimum 0,5 m. D'après l’équation (2), nous voyons que la hauteur minimale de charge nécessaire dépend de la valeur de NPSH pompe et des pertes de charge dans la conduite d'aspiration, qu! dépendent elles-mêmes de la configuration de cette conduite. Le constructeur s'efforce de prévoir une valeur de NPSH pompe aussi faible que possible par les moyens suivants : -Forme spéciale de la première roue située à l'aspiration (schéma 2) , -Diminution de la vitesse de rotation -Utilisation de vis de gavage, encore appelées« ( inducer ». le choix de pompes à vitesse lente s'impose rarement ,car il implique de monter de plus grosses machines, qui augmentent !es frais d’investissement. On utilise depuis peu de temps des convertisseurs de fréquence. qui permettent de faire varier sans à coups la vitesse de rotation et d'adapter !a pompe à des hauteurs de charge critiques, tout en permettant des économies d'énergie. Pour le NPSH pompe, nous avons en première approximation : NPSHp -n 4/3 .Les vis de gavage sont utilisées avec succès depuis quelques années, surtout pour les pompes monocellulaires et pour les débits importants. L'utilisation d'un indicer permet ainsi d'améliorer 1es valeurs de NPSH pompe de 50 % et plus, suivant les cas d'utilisation (schéma 5). Il est toutefois recommandé, de limiter la plage de fonctionnement de la pompe: un débit trop faible peut engendrer des pulsations et un fonctionnement bruyant; un débit trop important peut conduire à une brusque rupture du fonctionnement Dans !a pratique, l'hypothèse de conditions de température constante est rarement existante pour que l’ équation 2 soit valable. Une chute brutale de la température du liquide frigorigène, par exemple lors de la mise en route des compresseurs ou encore l'arrêt des évaporateurs, peut entraîner suivant le temps de rétention du liquide dans la conduite d'aspiration et la capacité thermique de cette conduite, une hausse de température à l' aspiration de la pompe et partant une augmentation de la tension de vapeur du liquide. Ceci équivaut en fait à une dégradation du NPSH de l'installation .


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schéma 5 Ce phénomène est connu des fabricants \de pompes d'alimentation de chaudières; Les conditions de fonctionnement des installations Frigorifiques ont été étudiées en détail par Lorentzen ( 1) . Pour éviter le phénomène de cavitation et en fonction des conditions de charge existantes, celui-ci démontre notamment, que les vitesses de chute de pression et de température admissible doivent être limitées : Lorentzen a également étudié le pompage d'un mélange gaz-liquide dans la conduite d'aspiration. On observe une condensation des bulles de gaz avec une augmentation de la pression statique dans la conduite d'aspiration. La chaleur de condensation libérée entraîne également une augmentation de température à l'entrée de la pompe et de ce fait une chute de la hauteur de charge. La question de la détermination de la hauteur de charge minimale n'est donc pas faci1e à résoudre. Des facteurs complémentaires, que l'on néglige souvent, jouent :


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Un rôle important. Les calories dégagées par la pompe et la nature du fluide transféré ont notamment une incidence sur la valeur du NPSH. Les courants de fuite au niveau des bagues d'équilibrage et de recirculation du liquide dans la roue d'aspiration entraînent une augmentation de température à I’aspiration de la pompe ainsi qu'une augmentation de la tension de vapeur du 1iquide. Ceci contribue à augmenter le NPSH de la pompe. Les valeurs de NPSH qui figurent sur les courbes de pompes correspondent à des mesures effectuées avec de l'eau froide. En général on obtient des valeurs de NPSH plus favorables avec des liquides frigorigènes. on retrouve cette réalité dans les recherches de Stepanoff (2) « Amélioration des matières et hydrocarbures >>. Seul un calcul du bilan thermique permet d'apprécier vraiment le phénomène de la cavitation qui tient compte des facteurs que nous avons évoqués plus haut.


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Module : 26

GUIDE DES TRAVAUX PRATIQUES


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I. TP 1 : intitulé du TP I.1. Objectif(s) visé(s) :

Démonter et remonter des pompes en vue de les entretenir.

I.2. Durée du TP: 3 H I.3. Matériel (Équipement et matière d’œuvre) par équipe :

Outillage conventionnel; jeux de clés fixes; chiffon; grattoir; jeux de clés à tubes.

I.4. Description du TP :

Mise en situation Démonter une pompe centrifuge installée sur un circuit frigorifique. Ce démontage devra être effectué selon les procédures étudiées précédemment. Il faudra aussi remonter la pompe sur le circuit et vérifier son étanchéité.

I.5. Déroulement du TP

I. Faites d'abord la lecture complète des diverses étapes de cet exercice. 2. Assurez-vous que le courant électrique est interrompu, s'il y a lieu, et l'arrivée d'eau à la pompe aussi. 3. Ouvrez le boîtier de raccordements électriques du monteur . 4. Débranchez le câble d'alimentation. 5. Desserrez le connecteur passe-fils. 6. Sortez le câble d'alimentation du boîtier de raccordement. 7. Placez des marottes ou du ruban isolant sur les fils dénudés. 8. Desserrez et enlevez les boulons de fixation des brides, s'il y a lieu. 9. Retirez les joints qui peuvent être réutilisés. Si les joints étaient lors du démontage de la pompe, voyez votre enseignant ou enseignante afin qu' on vous en fournisse des neufs ou pour permettre d' en confectionner . 10. Démontez la roue. Il. Nettoyez la roue et l’intérieur de la volute. 12. Démontez la garniture d'étanchéité joint mécanique ou presse-étoupe) avec précaution afin de ne pas endommager les parties caoutchoutées qui servent à l' étanchéité. 13. Démontez le bâti de la pompe 14. Démontez le moteur électrique non sans avoir pris soin de marquer, à l'aide de stylo feutre ou d'un poinçon, les paliers avant et arrière du moteur électrique.


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15. Vérifiez l' état des contacts auxiliaires du relais centrifuge, s' il y a lieu. Les nettoyer au besoin. Faites vérifier votre travail.

16. Remontez les pièces du moteur et de la pompe dans le sens inverse du démontage ainsi que les branchements au réseau électrique.

17. Vérifiez l' étanchéité de la pompe. 18. Remettez le circuit électrique sous tension et le circuit de réfrigérant en pression . Faites vérifier votre travail.


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II. TP 2 : intitulé du TP II.1. Objectif(s) visé(s) : - Réparation d'une pompe

II.2.Durée du TP: 2 H

II.3. Matériel (Équipement et matière d’œuvre) par équipe : - tournevis - métrix - clé

II.4. Description du TP :

Quand vous réparez une pompe, n'oubliez pas de vérifier toutes les causes possibles de panne avant de penser à changer la pompe.

II.5. Déroulement du TP Il serait préférable de vérifier : - la tension du réseau électrique d'alimentation de la pompe; le câblage électrique; - les fusibles de réseau électrique de la pompe;

- les raccordements aux bornes des appareils électriques comme : . les relais

. les condensateurs . les contacteurs . les interrupteurs de commande


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Évolution du fin de module Il sera proposé par le formateur de la matière


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Liste des références bibliographiques. Ouvrage Auteur Edition How to design piping for refrigerant

Lorentzen G.

Cavitation in centrifugal pumps Stepanoff A.J.


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mod 24a TFI Pompes hérmétiques - OFPPT MAROC | ISTA