3. L'hydraulique de pompage - missions-acf.org

LE POMPAGE 1. Généralités 3 2. Les pompes motorisées 4 3. L'hydraulique de pompage 7 3.1 Puissance d'une pompe 7 3.2 Hauteur d'aspiration 8 3.3 Débit et Hauteur Manométrique Totale (HMT) 9 3.4 Point de fonctionnement sur un réseau 11 3.5 Courbes caractéristiques particulières 12
3.5.1 Influence de la vitesse de rotation du rotor 12
3.5.2 Vanner la canalisation de refoulement 12
3.5.3 Montage de 2 de pompes identiquesen série 13
3.5.4 Montage de 2 pompes identiques en parallèle 14
3.5.5 Montage de 2 de pompes différentes 15 4. Le choix d'une pompe motorisé 16 4.1 choix d'une motopompe centrifuge de surface 16 4.2 Choix d'une pompe électrique immergée 18 5. L'alimentation électrique des pompes 20 5.1 Puissance et intensité 21
5.1.1 Notion de rendement 21
5.1.2 Puissance électrique 21
5.1.3 Intensité et tension 22 5.2 Dimensionnement d'un générateur 24 6. Les pompes d'épuisement 25 6.1 Principe et matériel 25 6.2 Pompes d'épuisement électriques 26 6.3 Pompes d'épuisement pneumatiques 27
7. Les Pompes à énergie renouvelable 28 7.1 Le pompage solaire 29
7.1.1 Energie solaire 29
7.1.2 Dimensionnement des stations de pompage solaire 30 7.2 L'énergie hydraulique 32 8. Les pompes à motricité humaine 35 8.2 Typologie des principales pompes à main 36 8.3 Pompes à piston immergées 38
8.3.1 principe de fonctionnement et matériel 38
8.3.2 Exemple de pompes refoulantes à piston : Kardia, India Mark II,
et Aquadev/Afridev 40
8.3.3 Pompe aspirante à piston type VN6. 43 8.4 Hydropompes - principe et matériel. 44
8.4.1 Pompe à rotor - principe et matériel. 46 LE POMPAGE
Le choix du système de pompage doit être fait en prenant en compte non
seulement les contraintes techniques (type de pompe, énergie, hauteur de
refoulement, débit, turbidité de l'eau), mais aussi les contraintes liées
au contexte socio-économique (système de pompage accepté, disponibilité des
pièces détachées, facilité de maintenance des pompes). Ce chapitre donne les éléments théoriques permettant de dimensionner les
stations de pompage courantes appropriées à notre domaine d'utilisation,
illustrés par des exemples pratiques. Une partie de ce chapitre est
consacrée aux pompes à énergies renouvelables solaire ou hydraulique. Généralités La typologie des pompes les plus utilisées est donnée dans le tableau ci-
dessous.
|Type de pompe |Utilisation |Caractéristiques et technologie|
|pompe à |équipement de forages et |aspirante installée en surface |
|motricité |puits |( à piston VN6 |
|humaine | |refoulante avec partie |
| | |hydraulique immergée |
| | |( à piston |
| | |( à baudruche hydraulique |
| | |( à vis |
|pompe immergée|équipement de forage et |refoulante |
| |puits pour des débits > 2|( centrifuge multi-étagée |
|électrique |m3/h, essais de pompage | |
|pompe |épuisement de fouilles |refoulante ou |
|d'épuisement |(mise en eau de puits) |aspirante-refoulante |
| |pompage sur eau de |( centrifuge |
| |surface |( pneumatique à membrane |
|pompe de |pompage sur eau de |aspirante-refoulante (hauteur |
|surface |surface |d'aspiration limitée à 7 |
|électrique ou |pompage de réservoir vers|mètres) |
|motopompe |un réseau ou un autre |( centrifuge |
| |réservoir | |
tableau 1: typologie des pompes Quelque soit le type de pompe, celle ci est constituée de 3 parties
distinctes:
- la partie moteur qui fournit la puissance nécessaire au pompage,
- l'accouplement qui transmet cette puissance à la partie
hydraulique,
- la partie hydraulique qui transmet cette puissance à l'eau pour la
déplacer (l'aspirer et/ou la refouler). Le principe de fonctionnement correspondant aux différents types de pompes
est présenté dans le tableau suivant.
| |Partie moteur |Accouplement |Partie hydraulique |
|pompe à |main |levier + |pompe volumétrique |
|motricité |pied |tringlerie |(piston immergé ou |
|humaine | | |émergé) |
|motopompe de |moteur thermique |arbre sur |pompe centrifuge |
|surface |(diesel ou |paliers | |
| |essence) | | |
|pompe immergée |moteur électrique |arbre |pompe centrifuge à |
|électrique |immergé | |roues multi-étagées |
|pompe |compresseur |tuyau d'air |pompe volumétrique à|
|d'épuisement | |comprimé |membrane |
|pneumatique | | | |
tableau 2: principe de fonctionnement des pompes usuelles
[pic] Figure 1: fonctionnement d'une pompe centrifuge électrique de surface
Les pompes motorisées Il existe deux grands types de pompes motorisées, les pompes centrifuges et
les pompes volumétriques. Ces dernières conviennent pour élever des faibles
débits d'eau à des pressions élevées (Karcher par exemple). Dans le domaine
de l'eau potable, les seules pompes volumétriques couramment utilisées sont
des pompes à motricité humaine pour lesquelles la dernière partie de ce
chapitre est consacrée.
1 Principe de fonctionnement des pompes centrifuges Les pompes centrifuges font partie de la famille des turbopompes.
Dans les turbopompes une roue (rotor), munie d'aubes ou d'ailettes, animée
d'un mouvement de rotation (arbre moteur), fournit au fluide l'énergie
cinétique dont une partie est transformée en pression, par réduction de
vitesse dans un organe appelé récupérateur (stator). Les turbopompes et les
pompes centrifuges sont distinguées suivant la forme de la roue Cf. Figure
2 Figure 3.
La force motrice d'entraînement de l'arbre peut provenir d'un moteur
thermique, d'un moteur électrique immergée ou émergée ou encore toute autre
force comme, par exemple, une turbine sur un fleuve. [pic] Figure 2: forme de l'aube (roue) des pompes centrifuges
[pic] Figure 3: Forme de la roue des turbopompes
2 Etanchéité d'une pompe centrifuge La partie hydraulique (volute) dans laquelle tourne l'aube étant traversée
par l'arbre du moteur, le système d'étanchéité est constitué d'un presse
étoupe (graphite) enroulé autour de l'arbre et serré par un fouloir. [pic] Figure 4: presse étoupe
L'hydraulique de pompage
1 Puissance d'une pompe Pour véhiculer d'un point à un autre une certaine quantité d'eau, la pompe
doit transmettre au liquide de l'énergie. Cette quantité d'énergie sera la
même quelle que soit la technologie et est donnée par la puissance de la
pompe. Cette puissance se calcule à l'aide du théorème de Bernoulli avec le
bilan énergétique du système en considérant tous les paramètres tels que
l'altitude de pompage, l'altitude de refoulement, la longueur et le
diamètre des tuyaux.
Cependant, afin de simplifier au maximum tous ces calculs, les praticiens
utilisent deux paramètres qui caractérisent tout système de pompage dans un
réseau : Débit (Q) et Hauteur Manométrique Totale (HMT). La puissance absorbée sur l'arbre de la pompe est alors donnée par la
formule suivante (cas de l'eau, poids spécifique égale à 1): [pic] P : puissance en kw, 1kw = 1,36 CV
HMT : Hauteur manométrique totale (mCE)
Q : débit (m3/h)
[pic] : rendement de la pompe. Le rendement
optimum de la pompe (entre 0,8 et 0,9) se situe au
voisinage de la plage d'utilisation de la pompe
(courbe de rendement donnée par le constructeur). La puissance du moteur nécessaire pour entraîner la partie hydraulique est
toujours supérieure à la puissance absorbée par l'arbre compte tenu des
pertes divers dues à la transmission, d'erreurs de calcul des pertes de
charge produite au niveau de la pompe et du couple de démarrage. 2 Hauteur d'aspiration La hauteur d'aspiration est théoriquement limitée à 10,33 m, ce qui
correspond à la dépression maximale nécessaire pour faire le vide exprimée
en hauteur de colonne d'eau sous une pression atmosphérique normale. Sous
cette dépression, l'eau montera dans le tube d'aspiration.
Cependant dans la pratique cette hauteur est bien moins élevée car une
partie de la pression est nécessaire pour communiquer à l'eau la vitesse
désirable et compte tenu des pertes de charge dans la conduite
d'aspiration.
D'autres part la pression d'aspiration dans la conduite ne doit pas
descendre en dessous de laquelle la tension de vapeur d'eau est atteinte
(évaporation de l'eau). Pour les pompages d'eau potable (température
inférieure à 20°C) la tension de vapeur d'eau se situe autour de 0,20
mètres de pression. Au delà le pompage risque entraîner une évapo