Fiche de révision : Principes et dimensionnement des pompes centrifuges

📋 Plan du Cours

1. Classification et fonctionnement des pompes centrifuges
2. Analyse de la puissance absorbée et point de fonctionnement des pompes
3. Conditions d’aspiration et prévention de la cavitation par NPSH disponible et requis
4. Groupement de pompes en série et en parallèle : caractéristiques et applications
5. Calcul des débits d’alimentation en eau froide dans les réseaux collectifs
6. Dimensionnement des diamètres de conduites selon débits probables et vitesses
7. Calculs et critères pour le bouclage et la distribution d’eau chaude sanitaire
8. Installation et dimensionnement des robinets d’incendie armés (RIA) en réseau

📖 1. Classification et fonctionnement des pompes centrifuges

🔑 Notions clés & Définitions

• Avantages : Débit continu, régulier par opposition au refoulement des pompes alternatives, coût faible et maintenance réduite, maniabilité et adaptation à de nombreuses situations : disposition simple, refoulement de fluides chargés voire même corrosifs, groupe autonomes
• Pompes centrifuges : Les pompes centrifuges sont des machines simples comprenant une roue tournante dans un corps fixe constitué d'un diffuseur et d'une volute, qui augmentent la vitesse du fluide pour lui communiquer de l'énergie cinétique ou potentielle.

📝 Points essentiels

• Les pompes sont classées en pompes volumétriques (augmentation de pression) et turbopompes centrifuges (augmentation de vitesse).
• Les pompes centrifuges comprennent une roue tournante dans un corps fixe constitué d'un diffuseur et d'une volute.
• Partie 2 5 / 73 Pompes centrifuges - Avantages et inconvénients 1/3 Les turbopompes centrifuges sont utilisées dans de nombreux domaines.

💡 À retenir

Les pompes sont classées en pompes volumétriques (augmentation de pression) et turbopompes centrifuges (augmentation de vitesse).

📖 2. Analyse de la puissance absorbée et point de fonctionnement des pompes

🔑 Notions clés & Définitions

• Point de fonctionnement : La condition stable d'une installation hydraulique où le débit de la pompe se stabilise en équilibre avec la pression, assurant un écoulement constant malgré les variations du système.
• Point par point : La méthode de construction de la caractéristique d'un groupe de pompes en additionnant, pour chaque valeur de hauteur donnée, les débits correspondants de chaque pompe afin de modéliser précisément le comportement global.

📝 Points essentiels

• L’augmentation du débit d’une pompe entraîne une augmentation de la puissance absorbée sur son arbre et de la puissance électrique consommée.
• Le point de fonctionnement optimal se situe légèrement au-delà du point de rendement maximum pour compenser la diminution de débit liée au vieillissement.
• La courbe reliant la puissance absorbée au débit permet de modéliser le comportement de la pompe et de déterminer son point de fonctionnement.
• Pour le bon fonctionnement d’une installation le point de fonctionnement doit se situer un peu au delà du point de rendement maximum pour tenir compte d’une éventuelle diminution de débit due au vieillissement de l’installation.
• L’analyse de l’allure de la courbe reliant la puissance au débit montre que l’augmen- tation de débit d’une pompe entraîne celle appelée sur son arbre.

💡 À retenir

L’augmentation du débit d’une pompe entraîne une augmentation de la puissance absorbée sur son arbre et de la puissance électrique consommée.

📖 3. Conditions d’aspiration et prévention de la cavitation par NPSH disponible et requis

🔑 Notions clés & Définitions

• Cavitation : On pose que le terme « NPSP disponible » est défini par : NPSHdispo

📝 Points essentiels

• Le NPSH disponible est la marge de pression au point d'aspiration au-dessus de la pression de vapeur saturante.
• Le NPSH requis est la perte de charge entre l'entrée et l'intérieur de la pompe, donnée par le constructeur et dépendante du débit.
• La condition pour éviter la cavitation est que NPSHdispo soit strictement supérieur à NPSHrequis.
• Pour augmenter la capacité de fonctionnement sans cavitation, il faut réduire la hauteur d'aspiration, diminuer les pertes de charge ou réduire la vitesse de rotation.

💡 À retenir

Maîtriser les conditions de pression à l'aspiration pour prévenir la cavitation et assurer la fiabilité des pompes centrifuges.

📖 4. Groupement de pompes en série et en parallèle : caractéristiques et applications

🔑 Notions clés & Définitions

• Remarque : On trouve un risque analogue lorsqu’une pompe à régulation de vitesse est mise en service en parallèle d’une autre déjà en service.
• Pompes en série : Une configuration où plusieurs pompes sont placées sur une même conduite traversée par un même débit, additionnant leurs hauteurs de refoulement pour ce débit, mais dont la défaillance d'une seule pompe entraîne l'arrêt de l'ensemble du groupement.
• Pompes en parallèle : Une configuration où plusieurs pompes fonctionnent simultanément pour une même hauteur de refoulement, leurs débits s'additionnant afin de satisfaire un grand débit, ce qui permet un service continu même en cas de défaillance partielle.

📝 Points essentiels

• Le couplage en parallèle est privilégié pour satisfaire un grand débit avec continuité de service.
• Le couplage en série est souvent provisoire, utilisé par exemple sur des chantiers.

💡 À retenir

Comprendre les configurations de groupement de pompes pour optimiser débit, pression et continuité de service.

📖 5. Calcul des débits d’alimentation en eau froide dans les réseaux collectifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Débits : Partie 2 64 / 73 Alimentation / Bouclage ECS 2/2 Nature des tubes : Cuivre, acier inoxydable, PVC-C et PE, multicouches Calcul du collecteur aller selon Pour l’eau chaude : j
• Exemple : Statistiquement, durant seulement 6% du temps, une installation de chauffage fonctionne à plein débit ;

📝 Points essentiels

• Le débit de base est associé à chaque appareil sanitaire selon sa consommation nominale.
• Pour en rendre compte, le coefficient de simultanéité pondère l’ensemble des débits de base de tous les appareils.

💡 À retenir

Le débit de base est associé à chaque appareil sanitaire selon sa consommation nominale.

📖 6. Dimensionnement des diamètres de conduites selon débits probables et vitesses

🔑 Notions clés & Définitions

• Diamètre : Dimension d'une conduite ou d'un tuyau, généralement exprimée en millimètres (mm), calculée à partir du débit probable et de la vitesse de circulation.

📝 Points essentiels

• Les vitesses recommandées varient selon le type de réseau : <1 m/s en parties privatives, 1,5 m/s en colonnes montantes, 2 m/s en vides sanitaires, et entre 2 et 5 m/s en réseaux enterrés.
• Le diamètre commercial est choisi parmi les matériaux usuels (PVC, acier galvanisé, PEHD) en fonction du diamètre calculé.

💡 À retenir

Les vitesses recommandées varient selon le type de réseau : <1 m/s en parties privatives, 1,5 m/s en colonnes montantes, 2 m/s en vides sanitaires, et entre 2 et 5 m/s en réseaux enterrés.

📖 7. Calculs et critères pour le bouclage et la distribution d’eau chaude sanitaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Bouclage d'eau chaude sanitaire : Un circuit fermé dans le réseau d'eau chaude sanitaire conçu pour assurer la circulation continue de l'eau chaude, permettant de maintenir une température constante et éviter les pertes thermiques.
• Perte de charge linéique : S on déduit D
• Formule de Colebrook : Une équation utilisée pour calculer la perte de charge dans les conduites en fonction de la rugosité, du diamètre et de la vitesse d'écoulement, à laquelle on ajoute environ 10 % pour tenir compte des pertes singulières.
• Objectif : Disposer d’une eau chaude dans un temps raisonnable à une température voulue, limiter le développement bactérien dans les réseaux.

📝 Points essentiels

• Les débits de bouclage sont calculés pour compenser les pertes thermiques du réseau, avec des vitesses de retour comprises entre 0,2 et 0,5 m/s pour éviter l'entartrage.
• La formule de Colebrook est utilisée pour calculer les pertes de charge dans les conduites, majorées d'environ 10 % pour tenir compte des pertes singulières.
• Par les tronçons AB et GH, le débit alimente les trois radiateurs : Qv = Qv 1 + Qv 2 + Qv 3 Par les tronçons BC et FG, le débit alimente CdC2 et CdC3 : Qv = Qv 2 + Qv 3 Par le tronçon CDF, un seul radiateur CdC3 est desservi : Qv = Qv 3 Calcul du diamètre des conduites : le diamètre du tube de chaque tronçon est déduit : Soit par la méthode des vitesses : on pose V ≈ 0, 7 à 0, 8m/s De la formule Q = V .S on déduit D = √4Q/πV Soit par la méthode de la perte de charge linéique j constante : On fixe la perte de charge égale à une valeur comprise entre 10 et 20 mmce/m sur toutes les boucles du circuit.
• Partie 2 67 / 73 Circuit de chauffage en bâtiment 3/6 Calcul des pertes de charge et des diamètre des conduites : Sur les abaques de lecture, les données de Qv et du diamètre permettent de déduire j Pour l’eau chaude d’après la formule de Colebrook avec ϵ = 0, 0001m.

💡 À retenir

Garantir la qualité sanitaire et la performance thermique par un dimensionnement rigoureux des bouclages d'eau chaude.

📖 8. Installation et dimensionnement des robinets d’incendie armés (RIA) en réseau

🔑 Notions clés & Définitions

• Robinets d’incendie armés : Dispositifs équipés d'une lance et d’un tuyau flexible, installés dans les zones commerciales et de stockage pour permettre l’extinction directe des incendies.

📝 Points essentiels

• Les RIA en zone de réserve ont un débit de 1,5 l/s avec un diamètre de 40 mm, et en zone de vente, 0,5 l/s avec un diamètre de 20 mm.
• La pression d’alimentation minimale requise pour les RIA est de 2,5 bars.
• La vitesse dans le réseau RIA est fixée à 2 m/s pour le dimensionnement des conduites.
• En cas de pression insuffisante, un surpresseur est installé pour garantir la pression nécessaire.

💡 À retenir

Le dimensionnement précis des RIA, en débit et pression, est essentiel pour assurer la sécurité incendie.

📊 Tableaux de Synthèse

Comparaison des types de pompes

Groupement de pompes

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confusion entre NPSH disponible et requis, en particulier leur relation et leur importance pour éviter la cavitation.
2. Erreur dans le dimensionnement des diamètres de conduites, notamment en utilisant des vitesses inadéquates ou des formules incorrectes.
3. Mauvaise compréhension du point de fonctionnement des pompes, notamment sa localisation par rapport au rendement maximum.
4. Confusion entre pompes en série et en parallèle, notamment leurs effets sur la hauteur de refoulement et le débit.
5. Erreur dans le calcul des débits d’alimentation en eau, notamment l’utilisation incorrecte du coefficient de simultanéité.
6. Mauvaise sélection des matériaux ou des diamètres pour les robinets d’incendie armés, compromettant la sécurité incendie.

✅ Checklist Examen

1. Vérifier la classification et le fonctionnement des pompes centrifuges.
2. Analyser la puissance absorbée et le point de fonctionnement.
3. Contrôler les conditions d’aspiration et la prévention de la cavitation.
4. Étudier les groupements de pompes en série et en parallèle.
5. Calculer les débits d’alimentation en eau froide.
6. Dimensionner les diamètres de conduites.
7. Réaliser les calculs pour la distribution d’eau chaude sanitaire.
8. Dimensionner les robinets d’incendie armés.