Pompes centrifuges - licence 3 egletons - Accueil · Vous venez de voir en cours des notions ayant trait aux pertes de charges dans les canalisations. Dans diverses applications ayant

L13 - 22/03/2009 1/12 Séance de travaux pratiques

Université du limousin Département de Génie Civil

19300 Egletons

Module L13

Hydraulique

Semestre 6 - 2009

F.L.

Nom, prénom : Groupe TP : Note : /20

Pompes centrifuges

Durée : 4 heures 00

Contexte :

Vous venez de voir en cours des notions ayant trait aux pertes de charges dans les canalisations.

Dans diverses applications ayant trait au bâtiment ainsi qu’aux ouvrages d’hydraulique urbaine,

nous serons amenés à utiliser des pompes et circulateurs. Ceux-ci sont destinés à mettre le fluide en

mouvement et à vaincre les pertes de charge alors engendrées.

Objectifs :

Vous devrez être capable de :

- déterminer les caractéristiques d’une pompe en fonction du débit ;

- de comprendre l’importance de la vitesse de rotation d’une pompe ;

- de déterminer les caractéristiques d’un couplage série et parallèle.

Pré-requis :

pertes de charge, hauteur manométrique, équation de Bernoulli,


1. Présentation

1 – 1 – Description du ban d’essai

Ce banc d'essai comprend deux pompes centrifuges identiques, BABM 04 GUINARD, indépendantes

entraînées par deux moteurs électriques :

- la pompe monobloc est entraînée par un moteur à courant alternatif de 1,1 [kW] ;

- la deuxième pompe, à moteur séparé, est entraînée par un moteur à courant continu de

1,5 [kW] équipé d'un variateur de vitesse électronique, d'une dynamo tachymétrique et d'un

compte tours.

Le débit est mesuré par un débitmètre placé sur la canalisation du haut.

Des manomètres indiquent les pressions d'eau à l'aspiration et au refoulement de chaque pompe.

Les vannes placées sur les conduites permettent le fonctionnement des deux pompes en parallèle

ou en série.

Les caractéristiques du banc hydraulique sont les suivantes :

Diamètre des conduites : Фaspiration = 4.10-2 [m] Фrefoulement = 3,3.10-2 [m]

Section des conduites : Saspiration = 12,57.10-4 [m2] Srefoulement =8,55.10-4 [m2]

Cuve : Scuve = 4875.10-4 [m2] Hcuve = 0,4 [m] Vcuve = 0,195 [m3]

1 – 2 – Schéma de l’installation

Faites un schéma de l'installation dans le cadre ci-dessous en utilisant les symboles suivants :

Pompe

Vanne de réglage du débit

Manomètre

Débitmètre

Vanne quart de tour

Titre :

M Q


2. Etude de la caractéristique des pompes

2 – 1 – Etude de la pompe à vitesse constante

A – Préparez le circuit pour que la pompe à vitesse constante fonctionne seule.

B – Pour un débit donné, effectuez les relevés suivants :

- position de la vanne de réglage ;

- pression à l’aspiration ;

- pression au refoulement ;

- débit.

Faites varier le débit à l’aide de la vanne de réglage afin d’effectuer d’autres séries

de relevés. Reportez vos mesures dans le tableau ci-dessous.

Mesure

n°

Position de la

vanne

[tour]

Qv

[l/h]

Pasp

[bar]

Pref

[bar]

ΔP

[bar]

Hmt

[mCE]

Pabs [kW]

Pu [kW]

ηm

[/]

ηg

[/]

ηtot

[/]

1 2 3 4 5 6 7 8

C – Ecrivez l’équation de Bernoulli puis :

- déterminez l’expression littérale de la hauteur manométrique en fonction des

grandeurs mesurées ;

- complétez le tableau précédent, en calculant la valeur de la Hmt de

chacun des relevés.

D – Etudiez la puissance absorbée ainsi que le rendement ηtot (rendement total) :

- en utilisant la formule suivante : 𝑃𝑢 = 𝜌 ∙ 𝑔 ∙ 𝑄𝑣 ∙ 𝐻𝑚 ;

- en utilisant le graphique fourni page suivante qui vous permet de déterminer le rendement électrique ηm du moteur ;

- en utilisant le schéma suivant :

E – Tracez sur du papier millimétré le courbe Hmt=f(Qv) et ηtot = f(Qv)

Moteur Pompe

Secteur Pabs

m

Pa

g

Pu


Ce banc d'essai comprend deux pompes centrifuges identiques, BABM 04 GUINARD, indépendante

Moteur Triphasé 50 Hz LS 9051

Courbe Rendement/Puissance

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Rendement moteur %

Pu

issa

nc

e M

ote

ur k

W


s


2 – 2 – Etude de la pompe à vitesse variable

Si l’on fait varier la vitesse de rotation de la pompe, on obtient plusieurs courbes

caractéristiques de la hauteur manométrique en fonction du débit.

A – A partir de la pompe à moteur séparé, reprenez les mêmes mesures que dans la

première partie, pour des vitesses de rotation de 2500 [tr/mn] et 2000 [tr/mn].

B – Tracez sur un nouveau graphique ces deux courbes ainsi que celle de 2845

[tr/mn]. Tracer

Vitesse de rotation : 2500 [tr/mn] Mesure n°

Position de la vanne

[tour]

Qv

[l/h]

Pasp

[bar]

Pref

[bar]

ΔP

[bar]

Hmt

[mCE]

Pabs [kW]

Pu [kW]

ηm

[/]

ηg

[/]

ηtot

[/]

1 2 3 4 5 6 7 8

Vitesse de rotation : 2000 [tr/mn]

Mesure

n°

Position de la

vanne

[tour]

Qv

[l/h]

Pasp

[bar]

Pref

[bar]

ΔP

[bar]

Hmt

[mCE]

Pabs [kW]

Pu [kW]

ηm

[/]

ηg

[/]

ηtot

[/]

1 2 3 4 5 6 7 8

C – Que pouvez vous remarquer entre les valeurs des rapports de débit

2500

2845

2000

2500

2000

2845 ,,Q

Q

Q

Q

Q

Qet les différents rapports de vitesses de rotation appelées n?

D – Que constatez vous pour le rapport des hauteurs manométriques et le rapport

des carrés des vitesses entre elles (ex : 2000

2845

H

Het

2

2

2000

2845) ?

une règle liant le rapport des débits au rapport des vitesses de rotation


s ur un


3. Etude de l’association de pompes

3 – 1 – Dessiner le montage de deux pompes en série et de deux pompes en parallèle.

3 – 2 – Expliquez par un schéma ce que nous sommes censés obtenir de ces différentes

associations. Existe-t-il des cas de figures où cette association ne sert à rien ?

3 – 3 – Refaites les mesures faites précédemment avec la pompe à moteur séparé réglée

avec une vitesse de rotation de 2845 tr/mn et la pompe à vitesse constante.

Association des pompes en série Mesure n°


[tour]

Qv

[l/h]

Pasp

[bar]

Pref

[bar]

ΔP

[bar]

Hmt

[mCE]

1 2 3 4 5 6 7 8

Association des pompes en parallèle Mesure n°


[tour]

Qv

[l/h]

Pasp

[bar]

Pref

[bar]

ΔP

[bar]

Hmt

[mCE]

1 2 3 4 5 6 7 8

3 – 4 – Tracez sur une même feuille (page suivante) :

- la courbe Ht = f(Q) d'une pompe à 2845 [tr/mn] ;

- les courbes théoriques d'un couplage en parallèle et en série ;

- les courbes expérimentales du montage en parallèle et en série.

Que pouvez-vous en conclure?



4. Pour aller plus loin

4 – 1 – Présentation

La chaufferie étudiée est constituée d’une seule chaudière et d’un seul réseau régulé.

Le régime de fonctionnement est 80/60[°C] et permet d’assurer des besoins en chaleur de

116,25 [kW].

Les caractéristiques hydrauliques sont les suivantes :

- la perte de charge dans le tronçon de recyclage AD est supposée nulle ;

- H D – chaudière - A = 3,9 [mCE] sous 5 [m3/h] ;

- H B – P – réseau – D = 2 [mCE] sous 5 [m3/h] ;

- H vanne_3_voies = 1 [mCE] sous 5 [m3/h] ;

- H AB = 0,3 [mCE] sous 5 [m3/h] ;

- H CD = 0,3 [mCE] sous 5 [m3/h].

La densité du fluide caloporteur est de 1 et sa chaleur massique vaut 4185 [J/(kg K)].

4 – 2 – Travail demandé

La chaufferie étudiée est constituée d’une seule chaudière et d’un seul réseau régulé.

A – Etude du schéma de principe

Représentez sur le schéma le sens de circulation des fluides. Vous utiliserez des couleurs

normalisées.

B -Détermination de la pompe de recyclage

Le rôle de cette pompe est d’assurer le débit minimum d’irrigation dans la chaudière.

Cette pompe n’est nécessaire que lorsque la vanne trois voies du réseau part en fermeture

et que le débit de retour du réseau dans la chaudière est nul.

Réalisez un schéma afin de montrer quels éléments de l’installation doivent être ‘irrigués’

par cette pompe.

Sélectionnez un modèle de pompe de recyclage sachant que celle-ci doit permettre la

circulation d’un débit minimum de 4 [m3/h]. Vous utiliserez le document réponse n°1 en y

représentant la courbe de réseau ainsi que le point de fonctionnement.

C - Détermination de la pompe du circuit

Le rôle de cette pompe est d’assurer le débit dans le réseau et la chaudière. Cette pompe

est dimensionnée dans le cas où la vanne trois voies du réseau est ouverte et que le débit y

est maximal (c’est à dire dans les conditions nominales).

Pompe P1(recyclage)

Pompe P2(réseau)

RéseauChaudière

A

B

C

D


Réalisez un schéma afin de montrer quels éléments de l’installation doivent être ‘irrigués’

par cette pompe.

Sélectionnez un modèle de pompe permettant au réseau d’être correctement ‘irrigué’.

Vous utiliserez le document réponse n°2 en y représentant la courbe de réseau ainsi que le

point de fonctionnement.

D - Détermination de la pompe du circuit

Lors de la mise en fonctionnement de l’installation, il existe une configuration qui fait que les

deux pompes précédentes sont en fonctionnement en même temps alors que la vanne

trois voies est grande ouverte.

Que se passe t’il dans ce cas là ?


Document réponse n°1

Document réponse n°2

Hm

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0Qm3/h

Ql/min

Ql/s

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

2

4

6

8

10

Hft

2

1

200180160

32,5

140120

2

100

1,5

80

1

6040

0,5

C1115NDN40 - 50 Hz

C1210NDN65 - 50 Hz

Hm Hft

Qm3/h

Ql/min

Ql/s

300250

4

200150

2

10050

1 53

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 180

0,25

0,50

0,75

1

1,25

1,50

1,75

2

0

2

4

6

2

1

Qm3/h

Ql/min

Ql/s 5

300100

2 3

200

4 6

400

7 8

500

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Hm8

20

Hft

7

6

5

4

3

2

1

0

15

10

5

0

C1240NDN65- 50 Hz

2

1

Hft

20

15

10

5

0

C1440NDN80- 50 HzHm

7

6

5

4

3

2

1

0Qm3/h

Ql/min

Ql/s 10

600200

2 6

400

8 12

800

14 16

1000

4

8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64

2

1

Documents

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