Fiche de révision : Principes et Types de Pompes Hydrauliques

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et classification des pompes hydrauliques centrifuges et volumétriques
2. Principes et caractéristiques des pompes volumétriques alternatives et rotatives
3. Types et fonctionnement des pompes volumétriques alternatives à piston, diaphragme et plongeur
4. Fonctionnement et types des pompes volumétriques rotatives à engrenages, palettes et vis
5. Principe de fonctionnement et limites des pompes centrifuges
6. Caractéristiques hydrauliques des pompes : hauteur manométrique totale, pression différentielle et NPSH
7. Phénomène de cavitation dans les pompes : causes, risques et prévention
8. Calcul de la puissance hydraulique et rendement global d’un système de pompage

📖 1. Fonctions et classification des pompes hydrauliques centrifuges et volumétriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Pompe centrifuge : Dispositif hydraulique qui déplace un liquide en agissant sur sa vitesse, transformant ainsi l'énergie mécanique en énergie hydraulique pour élever un liquide ou augmenter sa pression.
• Pompe volumétrique : Dispositif hydraulique qui déplace un liquide en variant le volume d’une cavité, permettant de transformer l'énergie mécanique en énergie hydraulique.
• Pompes volumétriques : Catégorie de pompes qui déplacent le liquide en variant le volume d’une cavité, incluant notamment les pompes alternatives et rotatives.

📝 Points essentiels

• Les pompes transforment l’énergie mécanique d’un moteur en énergie hydraulique pour élever un liquide ou augmenter sa pression.
• Les pompes centrifuges déplacent le liquide en agissant sur sa vitesse, tandis que les pompes volumétriques déplacent le liquide en variant le volume d’une cavité.
• Le fluide pompé peut circuler dans un circuit fermé ou ouvert, influençant le choix de la pompe.
• Domaine d’utilisation des pompes centrifuges et volumétriques Dr.
• Energie mécanique Energie hydraulique Transformer 4 Remarques: On peut classer les pompes dans la catégorie des actionneurs (convertisseurs d’énergie).

💡 À retenir

Comprendre la fonction principale des pompes et leur classification fondamentale selon le mode de déplacement du fluide.

📖 2. Principes et caractéristiques des pompes volumétriques alternatives et rotatives

🔑 Notions clés & Définitions

• Pompes volumétriques : Machines qui déplacent un volume fixe de fluide emprisonné dans un espace donné par cycle mécanique, ce qui leur confère une capacité d’auto-amorçage et un débit volumique théorique proportionnel à la vitesse de rotation et à la cylindrée.
• SAKER OUARGLI : SAKER OUARGLI 33 Ce sont des machines de construction simple et plus compactes que les machines volumétriques, d’utilisation facile et peu coûteuse.

📝 Points essentiels

• Les pompes volumétriques déplacent un volume fixe de fluide par cycle mécanique, ce qui les rend auto-amorçantes.
• Le débit volumique théorique est proportionnel à la vitesse de rotation et à la cylindrée de la pompe.
• SAKER OUARGLI 1
• L’évolution de la chimie et de la pétrochimie depuis plusieurs années a conduit à une utilisation de plus en plus fréquentes de pompes, compresseurs, turbines, …etc à haute performance capable de satisfaire à des normes rigoureuses de rendement, de fiabilité et d’endurance par l’exploitation des grandes unités chimiques.

💡 À retenir

Les pompes volumétriques fonctionnent en déplaçant un volume fixe de fluide par cycle mécanique, avec un débit proportionnel à la vitesse de rotation et à la cylindrée, et requièrent des hauteurs manométriques totales plus élevées que les pompes centrifuges.

📖 3. Types et fonctionnement des pompes volumétriques alternatives à piston, diaphragme et plongeur

🔑 Notions clés & Définitions

• Pompes à piston : Des pompes fonctionnant par mouvements alternatifs du piston, équipées de clapets d’aspiration et de refoulement, permettant de déplacer un volume précis de fluide à chaque cycle.
• Pompe à piston plongeur : SAKER OUARGLI 24 Pompe à piston plongeur Dr.
• Pompes à diaphragme : Pompes à diaphragme Animation pompes\Pompe à membrane.mp4 Dr.

📝 Points essentiels

• Les pompes à piston fonctionnent par mouvements alternatifs avec des clapets d’aspiration et de refoulement.
• Les pompes à piston plongeur combinent les caractéristiques des pompes à piston et à diaphragme, avec un faible frottement au niveau du presse-étoupe, et le fluide n’est pas isolé du piston.
• Le débit volumique théorique d’une pompe à piston simple est donné par Qv = N × S × L, où N est la fréquence, S la surface du piston, et L la course.
• Les différents types de pompes Dr.
• Mon film 15.wmv 1, 2 : Clapets d’aspiration et 3, 4: Clapets de refoulement Dr.

💡 À retenir

Les variantes des pompes alternatives diffèrent par leur mécanisme et leur application, notamment entre celles à action simple, double ou triple, et celles à diaphragme, avec des caractéristiques spécifiques de fonctionnement et d’étanchéité.

📖 4. Fonctionnement et types des pompes volumétriques rotatives à engrenages, palettes et vis

🔑 Notions clés & Définitions

• Pompe à vis : Une machine comportant deux ou trois vis en rotation synchronisée dans un carter, qui transportent le fluide sans variation de volume pour assurer un déplacement volumétrique continu.
• POMPES VOLUMETRIQUES : Une catégorie de pompes qui déplacent un volume précis de fluide à chaque cycle, comprenant les types rotatifs et alternatifs.
• Pompes\Pompe : Des machines qui déplacent un fluide en créant une différence de pression, utilisant des mécanismes rotatifs ou alternatifs.
• Volumétriques rotatives : Des pompes à vis, à engrenages, à palettes, à lobes.

📝 Points essentiels

• Les pompes rotatives assurent un débit régulier sans soupapes grâce à des volumes variables créés par des éléments en rotation.
• Les pompes à engrenages utilisent deux dentures tournantes en sens inverse pour déplacer le fluide.
• Les pompes à palettes comportent un rotor excentré avec des palettes mobiles poussées par ressorts pour créer des dépressions.
• Les pompes à vis comportent plusieurs vis en rotation synchronisée transportant le fluide sans variation de volume.

💡 À retenir

Les pompes rotatives assurent un débit régulier sans soupapes grâce à des volumes variables créés par des éléments en rotation.

📖 5. Principe de fonctionnement et limites des pompes centrifuges

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression d’aspiration : Pression présente dans la conduite d’aspiration qui crée une dépression permettant au fluide d’être aspiré vers la pompe.
• POMPES CENTRIFUGES : Pompes dont le principe repose sur la mise en rotation du fluide dans une roue tournante, ce qui augmente la vitesse et l’énergie cinétique du fluide.
• Pompes sont : Pompes caractérisées par leur simplicité, compacité, faible coût, capacité à gérer des débits élevés, mais produisant une faible pression différentielle généralement comprise entre 0,5 et 10 bar.
• Elles sont : Pompes conçues pour produire des débits réguliers et élevés sans soupapes ni clapets, mais avec une pression différentielle limitée.

📝 Points essentiels

• La pompe centrifuge augmente la vitesse et l’énergie cinétique du fluide en le faisant tourner dans une roue à une vitesse élevée.
• Le fluide est admis au centre de la roue à la pression d’aspiration, puis projeté vers la périphérie où sa vitesse et énergie cinétique augmentent.
• Ces pompes sont adaptées aux débits élevés mais produisent une faible pression différentielle, de 0,5 à 10 bar.
• Elles ne conviennent pas au pompage de liquides très visqueux.
• Ces pompes sont adaptées la production de hautes pressions.

💡 À retenir

Le principe dynamique des pompes centrifuges repose sur la rotation du fluide dans une roue, ce qui augmente sa vitesse et énergie cinétique, mais elles ont des limites en termes de pression différentielle et de viscosité du liquide.

📖 6. Caractéristiques hydrauliques des pompes : hauteur manométrique totale, pression différentielle et NPSH

🔑 Notions clés & Définitions

• Hauteur manométrique totale (HMT) : L’énergie nécessaire pour élever le fluide, vaincre les pertes de charge et augmenter la vitesse entre l’aspiration et le refoulement.
• Pression différentielle : La différence entre la pression de refoulement et la pression d’aspiration de la pompe.
• NPSH : Net Positive Suction Head, ou hauteur manométrique d’aspiration nette disponible, qui doit être supérieur au NPSH requis par la pompe pour éviter la cavitation.

📝 Points essentiels

• Le NPSH disponible doit être supérieur au NPSH requis par la pompe, avec une marge de sécurité de 0,5 mCE, pour éviter la cavitation.
• Le NPSH mesure la hauteur manométrique d’aspiration disponible pour empêcher la vaporisation du liquide.

💡 À retenir

Maîtriser les grandeurs hydrauliques telles que la hauteur manométrique totale, la pression différentielle et le NPSH est essentiel pour assurer la performance et la sécurité de fonctionnement des pompes.

📖 7. Phénomène de cavitation dans les pompes : causes, risques et prévention

🔑 Notions clés & Définitions

• Cavitation : 𝑁𝑆𝑃𝐻'()*+
• Tension de vapeur : Pression de vapeur saturante d’un liquide à une température donnée, correspondant à la pression d’ébullition du liquide à cette température.

📝 Points essentiels

• La cavitation génère du bruit, des vibrations et peut causer des dommages mécaniques tels que la défaillance des roulements.
• Pour prévenir la cavitation, il faut s’assurer que le NPSH disponible est supérieur au NPSH requis plus une marge de sécurité de 0,5 mCE.
• Il est interdit de placer des vannes de réglage ou d’isolement sur la conduite d’aspiration car cela favorise la cavitation.
• SAKER OUARGLI 45 46 Ø Le seul moyen d'empêcher les effets indésirables de la cavitation c'est de s'assurer que le NPSH disponible dans le système est plus élevé que le NPSH requis par la pompe.
• Ø Pour éviter le phénomène de cavitation, il faut queNSPHdonné > NSPHrequis + 0,5 mce Avec : 0,5 mce est une marge de sécurité.

💡 À retenir

Identifier les causes et conséquences de la cavitation permet de garantir la fiabilité et la longévité des pompes en évitant la formation de bulles de vapeur, le bruit, les vibrations et les dommages mécaniques.

📖 8. Calcul de la puissance hydraulique et rendement global d’un système de pompage

🔑 Notions clés & Définitions

• Puissance hydraulique : Puissance communiquée au liquide lors de son passage à travers la pompe, calculée par la relation P = Q × ρ × g × h, où Q est le débit volumique, ρ la densité du liquide, g l'accélération due à la gravité et h la hauteur de charge.
• Puissance fournie à l’arbre : Puissance fournie par l’arbre d’entraînement de la pompe, calculée par P = ΔP × Q, où ΔP est la pression différentielle appliquée à la pompe et Q le débit volumique.
• Système de pompage : Ensemble comprenant la pompe, le moteur, la tuyauterie et les composants associés permettant de déplacer un fluide.
• Rendement global : PUISSANCE D’UNE POMPE P

📝 Points essentiels

• La puissance hydraulique est calculée par P = Q × ρ × g × h, où Q est le débit volumique, ρ la densité, g la gravité et h la hauteur de charge.
• La puissance fournie à l’arbre de la pompe est donnée par P = ΔP × Q, avec ΔP la pression différentielle.
• RENDEMENT D’UN SYSTÈME DE POMPAGE ηglobal = ηmoteur .
• • Le NPSH requis est une donnée fournie par le constructeur.

💡 À retenir

Savoir calculer la puissance et évaluer l’efficacité énergétique d’un système de pompage permet d’optimiser ses performances et sa consommation.

📊 Tableaux de Synthèse

Comparatif des pompes volumétriques

Caractéristiques hydrauliques

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

1. Confusion entre pompe centrifuge et volumétrique dans leur principe de déplacement du fluide
2. Mélanger les limites de pression des pompes centrifuges avec celles des pompes volumétriques
3. Confondre NPSH disponible et NPSH requis dans la prévention de la cavitation
4. Oublier d’intégrer la perte de charge dans le calcul de la hauteur manométrique totale
5. Confusion entre puissance hydraulique et puissance mécanique fournie à la pompe
6. Mauvaise interprétation du rôle des clapets dans les pompes alternatives
7. Ignorer l’impact de la viscosité du fluide sur le fonctionnement des pompes rotatives

✅ Checklist Examen

1. Identifier le mode de déplacement du fluide dans la pompe
2. Comparer les caractéristiques des pompes centrifuges et volumétriques
3. Calculer la puissance hydraulique à partir du débit et de la hauteur de charge
4. Vérifier le NPSH disponible pour éviter la cavitation
5. Analyser les limites de pression des différentes pompes
6. Étudier le fonctionnement des pompes alternatives à piston, diaphragme et plongeur
7. Comprendre le principe des pompes rotatives à engrenages, palettes et vis
8. Évaluer le rendement global d’un système de pompage