Les électropompes

Histoire de la technologie des pompes.

Lorsque nous considérons les pompes et leur histoire, nous pouvons nous rappeler que, depuis les
tous premiers temps, les hommes ont recherché des moyens techniques pour amener les
fluides (notamment l’eau) à un niveau plus élevé. Cette opération était
utilisée pour irriguer les champs et remplir les fossés qui entouraient les villes et les
châteaux fortifiés. Le bol le plus simple est la main humaine. Avec deux mains, c’est
encore mieux ! Cependant, nos ancêtres préhistoriques ont rapidement eu l’idée de transformer des
cuves d’argile en bols. Il s’agit de la première étape vers l’invention de seau. Plusieurs seaux étaient
ensuite suspendus sur une chaîne ou une roue. Les hommes ou les animaux utilisaient leur énergie
pour mettre ces bols à eau en mouvement et soulever l’eau. Des fouilles archéologiques ont mis à
découvert des transporteurs de seaux de ce type en Égypte et en Chine à partir d’environ 1000 avant
JC. L’illustration suivante est une reconstitution d’une roue à godets chinoise. Il s’agit d’une roue
reliée à des godets en argile qui versent l’eau lorsqu’ils atteignent le sommet.

Une amélioration ingénieuse de ce concept a été élaborée en 1724 par Jakob Leupold (1674-1727),
qui inséra des tuyaux courbés dans une roue. La rotation de la roue forçait l’eau è être soulevée au
niveau de l’axe central de la roue. Le flux d’eau dans une rivière sert
également d’entraînement pour cette installation de levage. Une caractéristique
particulièrement remarquable de cette conception est la forme des tuyaux courbés. Elle est sembla-
ble à la forme des pompes centrifuges actuel- les. Archimède (287-212 avant JC), le plus grand
mathématicien et scientifique destemps anciens, a décrit la vis qui sera appelée
ultérieurement par son nom en 250 avant JC. Elle soulevait de l’eau en faisant tourner une spirale/vis
sans fin dans un tuyau. Cependant, une partie de l’eau retombait
toujours, car on ne connaissait pas encore de joint d’étanchéité efficace. Par conséquent,
une relationétait observée entre l’inclinaison de la vis et le débit. Lors de l’utilisation,
on peut choisir entre un débit plus important ou une hauteur de refoulement plus élevée. Plus
l’inclinaison de la vis est raide, plus la hauteur de refoulement est élevée lorsque le débit diminue.

Généralités sur les pompes.

Les pompes sont des machines servant à élever les liquides ou les mélanges de liquides d'un niveau inférieur à
un niveau supérieur, ou refouler les liquides d'une région à faible pression vers une région à haute pression.

Les pompes sont des machines servant à élever les liquides ou les mélanges de liquides d'un niveau inférieur à
un niveau supérieur, ou refouler les liquides d'une région à faible pression vers une région à haute pression.

Le fonctionnement d'une pompe consiste à produire une différence de pression entre la région d'aspiration et
la région de refoulement au moyen de l'organe actif (piston, roue,…etc.) de la pompe. Du point de vue
physique, la pompe transforme l'énergie mécanique de son moteur d'entrainement en énergie hydraulique.

Classification des pompes :

Pour répondre à toutes les applications industrielles, plusieurs types de pompes ont été mis au point. On
regroupe toutes ces pompes sous deux grandes familles :

- les pompes hydrauliques volumétriques.

-Les pompes hydrauliques non volumétriques (pompes centrifuges.).

Pompe volumétrique :
On distingue deux grands types de pompes volumétriques :

- Les pompes volumétriques alternatives.

- Les pompes volumétriques rotatives. [1]

. Les pompes volumétriques alternatives :
Ces pompes sont caractérisées par le fait que la pièce mobile est animée d’un mouvement alternatif. Les
principaux types de pompes sont les suivants :

à piston.
à membrane ou à soufflets. [2]
Les pompes volumétriques alternatives usuelles font appel à deux principes :
- le déplacement d'un piston animé d'un mouvement alternatif.

- la déformation d'une membrane.

Pompe à piston :

Les pompes à piston constituent l’un des plus anciens types de pompes et demeurent parmi les plus répandues.
[4]

Il existe différentes types de pompes à piston :

Pompes à piston simple effet.

Pompes à piston double effet

Pompe simple effet :

Le refoulement et l’aspiration n’a lieu que pour un sens de déplacement du piston.

Pompes double effet :

Le pompage s’effectue des deux côtés du piston :

le piston est actif dans les deux phases, celles-ci étant à la fois phase d'aspiration et phase de refoulement.
Cela permet un débit deux fois plus important et une régularité plus grande dans le débit
Les avantages et les inconvénients des pompes à piston
Les avantages Les inconvénients
- Fonctionnement à sec sans dommage. - Débit limité

- Bon rendement (> 90 %). - Viscosités assez faibles

- Pression au refoulement très importante. . - Pompage de particules solides impossible.

- débit réglable. - Bon fonctionnement que si étanchéité parfaite

entre le cylindre et le piston

. - Pulsations importantes au refoulement.

. pompes roto-dynamiqu.
. Description :
Qui transmettent au fluide une charge dépendant du débit de fluide qui les
traverse. Une roue fournit au fluide de l’énergie cinétique qui est ensuite
transformé en pression au fluide de l’énergie cinétique qui est ensuite
transformée en pression dans une volute.

Classification des roto-dynamiqu.

Dans la famille roto dynamiques, on classe les pompes : Selon la trajectoire du fluide (trajectoire de
l’écoulement) :

-Les pompes centrifuges (à écoulement radial).

- Les pompes hélico-centrifuges (à écoulement diagonal).

- Les pompes axiales ou à hélices (à écoulement axiales).

Selon le nombre d'étages :
-Monocellulaire : avec une seule roue (impulseur) sur l'arbre.

- Multicellulaire : avec plusieurs (impulseur) sur l'arbre disposé en série

Pompe centrifuge monocellulaire en porte à faux

Pompe centrifuge multicellulaire en porte à faux

Selon la disposition de l'axe de la pompe :

Pompe vertical.

Pompe horizontal.

Selon la trajectoire du fluide :

A écoulement radial: (pompes centrifuges).

A écoulement diagonal (pompes hélico centrifuges).

A écoulement axial (pompes axiales ou pompes à hélices).

Les domaines d’utilisation de ces deux grandes catégories sont regroupés dans le graphe cidessous :

Les avantages et les inconvénients des pompes roto-dynamiques : Les

avantages
 Ce sont des machines de construction simple, sans clapet ou soupape, d’utilisation facile et peu
coûteuses.

 à caractéristiques égales, elles sont plus compactes que les machines volumétriques.  leur
rendement est souvent meilleur que celui des « volumétriques ».

 elles sont adaptées à une très large gamme de liquides.

leur débit est régulier et le fonctionnement silencieux

.  en cas de colmatage partiel ou d’obstruction de la conduite de refoulement, la pompe centrifuge

ne subit aucun dommage et l’installation ne risque pas d’éclater. La pompe se comporte alors
comme un agitateur…etc.

Les inconvénients :
 impossibilité de pomper des liquides trop visqueux.

 production d’une pression différentielle peu élevée (de 0, 5 à 10 bar).

 elles ne sont pas auto-amorçages.

 à l’arrêt ces pompes ne s’opposent pas à l’écoulement du liquide par gravité (donc, vannes.

 à prévoir….).
Les pompes centrifuges :
Une pompe centrifuge est une machine rotative qui pompe un liquide en le forçant ou
travers d’une roue à aube ou d’une hélice appelée impulseur (souvent nommée
improprement turbine).

1. Utilisation :
2. Les pompes centrifuges sont les plus utilisées dans le domaine industriel à cause de
la large gamme d’utilisation qu'elles peuvent couvrir, de leur simplicité et de leur
faible coût. Néanmoins, il existe des applications pour lesquelles elles ne conviennent
pas, comme :
3.  Utilisation de liquides visqueux, la pompe centrifuge nécessaire serait énorme par
rapport aux débits possibles.
4.  Utilisation de liquides "susceptibles" c'est-à-dire ne supportant pas la très forte
agitation dans la pompe (liquides alimentaires tel que le lait).
5.  Utilisation comme pompe doseuse ; la nécessité de réaliser des dosages précis
instantanés.
Principe de fonctionnement d'une pompe centrifuge
Une pompe centrifuge dans sa forme la plus simple est constituée d'une roue munie
d'ailettes radiales et tournantes à l'intérieur d'une enveloppe corps de pompe. Son principe
de fonctionnement est d'utiliser la force centrifuge crée par la rotation de la roue pour
transmettre au liquide pompé l'énergie. Le liquide à l'aspiration de la pompe se dirige vers le
centre de l'impulser (rotor) en rotation d'où il sera propulsé radicalement vers l'extérieur par
la force centrifuge. Cette vitesse est ensuite convertie en pression au niveau de diffuseur.

. Caractéristiques d'une pompe centrifuge :

1.7.3.1. Les courbes rassemblées par le constructeur :
Les constructeurs vendent leurs pompes avec un catalogue, dans lequel on trouve les
courbes caractéristiques de la pompe; dans le même graphe on trouve les courbes suivant :
ηg= F (Qv).
H = F (Qv).
 P = F (Qv).
NPSH requis =F (Qv)
H : hauteur manométrique d'une pompe.
ηg : rendement globale de la pompe.
P : puissance absorbée de la pompe.
Qv : débit volumique de la pompe.
NPSH requis : charge nette absolue à l'aspiration.

Principales caractéristiques d’une pompe

Puissance :
Puissance utile (Pu) : travail réalisé par la pompe :

𝑃𝑢=𝜌∙𝑔∙𝑄𝑣∙[W]

Équation

1 Avec :
2 ρ : la masse volumique de fluide [Kg/m3].
3 g : la gravité [m/s2 ou N/Kg].
4 Q : débit volumique [m3/s].
5 HMT : hauteur manométrique d’une pompe [m].
6 Puissance absorbée (Pa) : fournie sur l'axe de la pompe (moteur asynchrone, par exemple)
Pa=C∙ω=C∙n2π/60 [W] Équation
7 2 Avec C : couple moteur [N.m].
8 ω : vitesse de rotation [rad/s]
9 . n : vitesse de rotation [tr/min].

 Rendement (η) : Rendement globale de la pompe η g :

ηg = Pu/ Pa

Équation 3

 NPSH requis : dépend de la vitesse de la pompe ; elle est donnée par le constructeur [Pa].
 Hauteur manométrique ou hauteur d’élévation d'une pompe
(HMT)
Pour véhiculer un liquide d'un endroit à un autre, la pompe doit fournir une certaine pression
appelée hauteur manométrique totale, cela dépend des conditions d'aspiration et de refoulement
(augmentation de pression que la pompe peut communiquer au fluide). La grandeur HMT représente
la hauteur de liquide qui pourra être obtenue dans la tuyauterie de refoulement par rapport au
niveau du liquide à l’aspiration. Si on considère que pas est la pression lue (en bar absolu) à
l’aspiration de la pompe et pour celle au refoulement, la HMT de la pompe est de manière simplifiée
définie par :

HMT T = (pr – pa) / ρg [m]

Avec :

pa : pression d'aspiration [Pa].

pr : pression de refoulement [Pa].

 Fréquence de rotation : Exprimée en tr/min, elle correspond à la vitesse normale d’utilisation pour
une pompe chargée continuellement. La fréquence maximale correspond à la vitesse à ne pas
dépasser. En dessous de la fréquence minimale, la pompe risque de ne pas s’amorcer.

Point de fonctionnement :
On obtient le point de fonctionnement de la pompe par intersection de la courbe caractéristique de
l’installation hydraulique avec la courbe des HMT en fonction des débits de la pompe.

Cavitation
On appelle cavitation (du latin cavus, « trou ») la naissance et l'oscillation radiale de bulles de
gaz ou de vapeur dans un liquide soumis à une dépression. Si cette dépression est suffisamment
élevée, la pression peut devenir inférieure à la pression de vapeur saturante, et une bulle de
vapeur est susceptible de se former.
Les origines de la dépression sont de trois sortes :

 écoulement fluide ;
 onde acoustique entraînant des variations de la densité du liquide ;
 onde lumineuse entraînant des variations de la densité du liquide.

Différents types de cavitation

 Cavitation à haut nombre de Reynolds : l'inertie du liquide (sa mise en mouvement) ralentit
l'expansion du gaz.
 Cavitation à faible nombre de Reynolds : la viscosité du liquide limite la vitesse d'expansion.
 Cavitation élastique : la résistance élastique du milieu et la tension de surface limitent la
dilatation du gaz.

 Exemples d'usures prématurées par la cavitation


Pompe centrifuge détruite par la cavitation.

 

Paramètre caractéristique de la cavitation

En mécanique des fluides tout particulièrement, on définit des paramètres adimensionnels à
partir des grandeurs caractéristiques du phénomène étudié. On connait le nombre de Reynolds
(𝑅𝑒 = 𝑣𝑑  ) qui indique le caractère plus ou moins turbulent d’écoulement. On connait le nombre
de Froude (𝐹𝑟 = 𝑣 𝑔𝐻 ) employé dans le cas des écoulements à surface libre et qui définit, entre
autre, si un écoulement est fluvial ou torrentiel. Ces paramètres sont utiles également pour
déterminer les conditions d’essais en similitude sur un modèle réduit, technique largement
répandue en hydraulique et en hydrodynamique. Dans le cas du phénomène de cavitation, le
paramètre adimensionnel utilisé est le sigma () de cavitation :

𝜎 = 𝑝 – 𝑝𝑉\ 1 \2 𝜌𝑣²

𝑝𝑉 étant la pression de vapeur pour la température du liquide considéré. Il représente le rapport

entre la pression locale (en référence à la pression de vapeur) et la pression dynamique. Plus ce
nombre est faible, plus la cavitation risque de se manifester. Une autre expression de ce
paramètre est utilisée selon l’application :

𝜎 = 𝑝 − 𝑝𝑉 \𝜌𝑔∆𝐻
∆𝐻 représentant alors la hauteur générée par une pompe, la perte de charge d’une vanne ou
aussi la hauteur de chute d’une turbine. On définit à partir de considérations expérimentales ou
d’observations une valeur de sigma critique correspondant aux conditions de début de cavitation.
Dans une installation, on évitera donc la cavitation si la valeur du sigma de fonctionnement est
supérieure à celle du sigma critique. Ainsi, cette notion de paramètre adimensionnel de
cavitation devient utile à deux points de vue : A partir de la connaissance du sigma critique d’une
configuration, régler les paramètres de fonctionnement (pression, vitesse de rotation, perte de
charge, etc…) de façon à éviter le domaine cavitant, Définir les conditions d’essais sur modèle
réduit afin d’étudier la machine ou le composant hydraulique du point de vue de la cavitation.

Positions d’installation.
Les circulateurs à rotor noyé ayant une bride maxi R1 1/4 sont équipés de raccords à visser. Les
pompes de taille plus importante sont fournies avec des raccords à brides. Ces pompes peuvent être
installées sur la tuyauterie, horizontalement ou verticalement, sans socle.

Comme indiqué précédemment, les paliers de la pompe de circulation sont

lubrifiés par le fluide. Ce dernier sert également à
refroidir le moteur. La circulation doit donc toujours se faire dans la cartouche.

De plus, l’axe de la pompe doit toujours être installé horizontalement (circulateur à rotor noyé,
chauffage). L’installation avec un axe vertical ou suspendu verticalement provoque un
fonctionnement instable et une détérioration rapide de la pompe. Consultez la notice de mise en
service et entretien pour obtenir des instructions détaillées sur les positions d’installation.

Les circulateurs à rotor noyé que nous avons décrit présentent de bonnes caractéristiques de
fonctionnement.

Conclusion :
Les pompes sont des machines qui réalisant l'écoulement d'un fluide en utilisant une certain
quantité d'énergie fournie par un m

oteur électrique, leurs caractéristiques de débit et de pression permettant de choisir leur dimensions