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Classement en 2 catégories basées sur le mode de transmission de l’énergie au fluide

Pompes Volumétriques

-Débit dépend de la vitesse de rotation mais est indépendant de la pression au refoulement -Transfert du fluide obtenu par déplacement d'une capacité élémentaire caractéristique des organes mobiles de la pompe - Mode de génération de cette capacité → 2 catégories : pompes volumétriques alternatives et pompes volumétriques rotatives

Centrifuges

-Transmission au fluide d’une charge dépendant du débit de fluide qui les traverse

Une roue (ou turbine) fournit au fluide de l'énergie cinétique qui est ensuite transformée en pression dans une volute

2

Choix de la pompe

→

conséquence sur le procédé

Pompes Volumétriques Centrifuges

Q (pompe volumétrique) ≠ f (P refoulement) → au refoulement inutile voire dangereux de disposer une vanne P refoulement d'une pompe volumétrique peut être très importante → protection (pompe) + soupape de protection process soupape interne de Pompe volumétrique = en général auto-amorçante. Si vide de liquide, création d’une aspiration (vide) suffisant pour amener le liquide jusqu'à l'aspiration. Q (pompe centrifuge) = réglé par une vanne de réglage proche du refoulement de la pompe, ou par un système de variation de la vitesse de rotation du moteur d'entrainement Pompe centrifuge ≠ en général auto-amorçante → à remplir avant de la démarrer si montage en aspiration 3

Alternatives

Pompes à piston Pompes à membrane Pompes pneumatiques

Pompes volumétriques P

Courbe caractéristique

Rotatives

Pompes à engrenages Pompes à palettes Pompes à vis Pompes péristaltiques Pompes à vis excentrées

Q 4

Pompes à piston

1) Déplacement du piston vers la droite → dépression dans le cylindre 2) Le clapet monte sous la pression du fluide à l'aspiration → remplissage du cylindre 3) Déplacement du piston vers la gauche → fluide du cylindre mis en pression 4) Le clapet d'aspiration plaqué sur son siège → pas de retour du fluide vers l'aspiration 5) Le clapet de refoulement se soulève sous l'effet de la pression → vers la conduite de refoulement évacuation du fluide 5

Pompes à piston

Pompe représentée : pompe simple effet Refoulement du liquide pendant la moitié du cycle → Débit moyen horaire Q m → débit pulsé débit maximum instantané v=3,14

Q m

Régularité du débit → pompe double effet ou à 2 têtes → pompe multi-têtes 6

Pompes à piston

7

Pompes à membrane

Compression d’une huile auxiliaire par un piston ↓ déformation d’une membrane comprimant le fluide pompé 8

Pompes à membrane

9

Pompes à membrane

10

Pompes pneumatiques

Fonctionnement avec de l'air comprimé (fluide moteur) → avantage en zone explosive Alternance d'air comprimé d'un compartiment moteur à l'autre (séparé par une membrane) →

pompe à membrane alternative

2 compartiments → débit plus régulier que les pompes à membrane unique Naturellement auto-amorçantes 11

Pompes à engrenages

2 pignons placés dans un carter tournent en sens inverse L'un des pignons (arbre primaire) entraînent l'autre Liquide aspiré véhiculé en périphérie des pignons Volume élémentaire est compris entre deux dents consécutives d'un pignon et le carter Retour de produit du refoulement vers l'aspiration empêché par l'engrènement 12

Pompes à engrenages

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Pompes à palettes

Pompe

= corps cylindrique + rotor cylindrique excentré avec rainures + palettes coulissant dans ces rainures Palettes plaquées sur la périphérie du corps (force centrifuge, ressorts) Position excentrée du rotor → volumes variables entre le corps et deux palettes consécutives Cycle de rotation : 1) palettes se présentent devant l'orifice d'aspiration en offrant un volume croissant 2) fluide est aspiré, emprisonné et véhiculé vers l'orifice de refoulement 3) orifice de refoulement : décroissance du volume → fluide refoulé 14

Pompes à palettes

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Pompes à vis

Constituées de 2 vis à filets à pas contraires souvent entraînées par un jeu de pignons .

Les 2 vis forment avec le corps des volumes se déplaçant axialement vers l'orifice de refoulement.

Le produit est déplacé de façon continue et sans pulsation. 16

Pompes à vis

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Pompes à vis excentrée

Pompe Moineau est constituée : - d'une vis interne en métal (rotor hélicoïdal) - d'un stator en élastomère (stator hélicoïdal) 2 éléments → volumes fermés → déplacement axial de l'aspiration vers le refoulement 18

Pompes péristaltiques

Plateau tournant (rotor) sur lequel sont montés 3 galets mobiles.

Tuyau souple (dans lequel circule le fluide à pomper) placé dans le corps de la pompe.

Galets écrasent le tuyau souple → aspiration du fluide dans le tuyau Coincé entre deux galets, fluide est entraîné vers le refoulement. Pompes souvent utilisées en laboratoire et dans les appareils de prélèvements automatiques.

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Pompes péristaltiques

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Pompes centrifuges

HMT

Courbe caractéristique

Energie cinétique apportée par une roue (turbine) au fluide → élévation de la pression Pompe centrifuge = organe mobile {impulseur (roue)} + organe fixe {diffuseur, volute} Pompes monocellulaires (1 étage) ou multicellulaires (plusieurs étages en série) Débit pompé = f : ∆ P entre aspiration et refoulement - vitesse de rotation de la roue (600 – 3500 rpm) - diamètre de la roue (vitesse périphérique) 21 Q

Pompes centrifuges

Différents types de roue

(impulseur, turbine, hélice)

:

- Roues axiales : Q élevés et faibles HMT - Roues radiales : HMT plus élevées pour Q plus faibles

Pompe multicellulaire :

Plusieurs roues associées en série sur un même arbre → ↑ HMT roue axiale (hélice) roue semi-radiale (hélicocentrifuge) roue radiale (centrifuge) roue ouverte roue semi-ouverte roue fermée 22

Pompes centrifuges

Principe :

- Mise en rotation du fluide à pomper en le faisant circuler dans une roue - Fluide admis au centre de la roue à P aspiration - Rotation → la roue → ↑ déplacement vers la périphérie de vitesse → ↑ P dynamique - Périphérie de la roue : fluide canalisé vers la tuyauterie de refoulement via une volute 23

Pompes centrifuges

Option :

diffuseur afin de diriger les veines fluides vers la volute en minimisant les ∆ P Pour être caractéristique de la pompe et indépendant du fluide pompé, le gain de P dynamique est en général exprimé en hauteur de fluide : HMT, Hauteur Manométrique Totale

Estimation :

∆

P dynamique

= ρ

.

u

2

2

HMT = u 2 2 g ( mCL ) 24

Pompes centrifuges

Pour pomper un fluide du point A au point B, les contraintes sont de différentes natures : Démarrage de la pompe (amorçage) Réglage du débit Vaincre ∆ P statique entre A et B Vaincre ∆ h (élévation) entre A et B Apporter une vitesse de circulation Vaincre ∆ P frottement entre A et B Maintenir P suffisante au point E pour éviter la vaporisation du fluide (cavitation) 25

Pompes centrifuges

Vanne de réglage située au voisinage du refoulement de la pompe Variation de la vitesse de rotation de la roue de la pompe (énergétiquement plus économique) Pas de réglage à l’aide d’une vanne à l'aspiration ↓ ↓ de pression en E et risque de cavitation (NPSH dispo ≤NPSH requis ) 26

Pompes centrifuges

HMT (Pa) = Energie (J) qu’il faut apporté par unité de volume de fluide (m 3 ) pour : - vaincre les forces de pression entre A et B, - élever le fluide de A à B, - vaincre les ∆ P par frottements entre A et B (J f,A → B ) - vaincre les ∆ P par frottements d’une vanne de réglage éventuelle (J vanne ), - augmenter si besoin la vitesse du fluide entre A et B.

27

Pompes centrifuges

Ceci se traduit, en mCL, par l'équation de Bernouilli généralisée suivante: P A / ρ g + Z A + v A 2 /2g + HMT = P B / ρ g + Z B + v B 2 /2g + J f,A → E + J f,R → B + J vanne En transposant, on obtient la HMT de la pompe par la formule:

HMT = (P

B

-P

A

)/

ρρρρ

g + Z

B

-Z

A

+ (v

B 2

-v

A 2

)/2g + J

f,A

→

E

+ J

f,R

→

B

+ J

vanne

28

Pompes centrifuges

Courbe de HMT d'une pompe généralement donnée par le constructeur Estimation expérimentale par mesures de pression à l'aspiration et au refoulement 29

Pompes centrifuges

• Tracé des ∆ P et variations de pression et d'élévation = f (Q) sur le même graphe que la HMT • Courbe d'allure parabolique ascendante représentant l'évolution des pertes de charges avec le débit • O.O représente la hauteur et la pression à vaincre ≠ f (Q) • Intersection des 2 courbes = point de fonctionnement de l'installation (Q de circulation et HMT délivrée par la pompe) 30

Pompes centrifuges

31

Pompes centrifuges

Vaporisation, à l'entrée de la roue (P la plus basse), d'une partie du liquide pompé Pression statique tombe en dessous de la pression de vapeur saturante du fluide pompé Création de bulles de gaz dissous dans le liquide (cas de l'eau) : cavitation apparente Effets très néfastes pour la pompe : - création de bulle de vapeur à l'aspiration avec condensation brutale dans ou en sortie de roue lorsque P ↑ , - implosion des bulles de vapeur au niveau de la roue, - vibrations, bruits anormaux, - destruction des garnitures d'étanchéité, - arrachement de matière dans les zones d'implosion, ↓ Q pompé lorsque apparaît le phénomène de cavitation. 32

Pompes centrifuges

Prédiction de la cavitation : calcul du NPSH

(Net Positive Suction Head)

à l’aspiration comparaison avec le NPSH requis par la pompe cavitation pour NPSH dispo ≤ NPSH requis 33

Pompes centrifuges

NPSH dispo (mCL) = marge de P au dessus de Pvap du fluide pour un circuit et un Q donné NPSH dispo = P E / ρ g + v E 2 /2g - P° vap / ρ g NPSH dispo = (P E - P° vap + 1/2 ρ v E 2 )/ ρ g A l’aide de l'équation de Bernouilli appliquée entre A et E, on a : P A / ρ g + Z A + v A 2 /2g = P E / ρ g + Z E + v E 2 /2g + J f,A → E P E / ρ g = P A / ρ g + Z A - Z E + v A 2 /2g - v E 2 /2g - J f,A → E NPSH dispo = (P A + 1/2 ρ v A 2 - P° vap )/ ρ g + (Z A - Z E ) - J f,A → E 34

Pompes centrifuges

NPSH requis constructeur est une donnée Il est généralement donné sous forme de courbe en fonction du débit, sur le même graphe que la courbe de HMT Ordre de grandeur : quelques mètres de colonne de liquide 35

Plages d’utilisation

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Avantages / Inconvénients

37