Les pompes
La mise en œuvre de procédés de transformation de matière nécessite très souvent le transport de fluides. L'acheminement d'un fluide d'un point à un autre peut être réalisé en utilisant les forces de gravité, de vide ou des pressions, mais ces solutions sont limitées dans leurs applications. Dans la plupart des cas, on a recours aux pompes, permettant de travailler à des débits réguliers, contrôlés et sur des distances et des hauteurs importantes.
L'énergie fournie au moteur de la pompe (électrique ou thermique) est transformée en énergie mécanique qui est transmise au fluide. Cet apport d'énergie au fluide permet de vaincre les pertes d'énergie entre les deux extrémités d'un circuit de transport liées aux pertes de charge et à d'éventuelles différences d'altitude ou de pression.
Deux grandes catégories de pompes existent :
Les pompes volumétriques, qui fonctionnent sur le principe du déplacement d'un volume de fluide
Les pompes centrifuges, qui fonctionnent sur le principe du rotor et du stator
Chaque catégorie présente certains avantages et inconvénients, mais globalement on retrouve plus fréquemment les pompes centrifuges pour les applications industrielles. Lorsque l'on doit faire le choix d'une pompe pour une installation, il est nécessaire de dimensionner en utilisant les notions de hauteur manométrique totale (HMT, puissance et rendement de la pompe.
NB : une notion importante dans le fonctionnement des pompes, qui ne sera pas abordée dans ce cours, est la cavitation (phénomène de vaporisation du liquide à l'intérieur de la pompe). Cette notion est à prendre en compte pour définir la zone de fonctionnement optimale d'une pompe.
Hauteur Manométrique Totale (HMT)
La hauteur manométrique totale d'une pompe est la différence de pression du fluide entre l'entrée de la pompe (aspiration) et la sortie de la pompe (refoulement). La HMT est exprimée en mètres de colonne de fluide (mCF).
La HMT représente l'énergie nécessaire que doit transmettre la pompe au fluide pour acheminer le fluide entre deux points A et B, à savoir :
A chaque pompe est associée sa courbe caractéristique, qui présente la relation entre HMT et débit volumique du fluide. Les allures sont diverses en fonction des types de pompes.
Puissance et rendement d'une pompe
La puissance utile d'une pompe correspond à la puissance transmise au fluide par la pompe :
: puissance utile (W)
: accélération de la pesanteur ; g=9,81m.s-2
: masse volumique du fluide (kg.m-3)
: débit volumique du fluide (m-3.s-1)
: hauteur manométrique totale (mCF)
Le rendement d'une pompe (
) est défini comme le rapport entre la puissance transmise au fluide (
) et la puissance consommée par le moteur (
) :
Le rendement de la pompe est dépendant du débit du fluide (pertes d'énergie par frottement variables en fonction du débit). Ainsi, il faut se reporter aux courbes de rendement en fonction du débit fournies par le constructeur pour cibler la zone de fonctionnement optimale de la pompe.
