Pompe Centrifuge

TP2 : Etude d’un système de deux pompes centrifuges.

Encadré Par :

Réalisé Par :  MYASSAR Hiba

 BELATIK Mourad

 LAMKALECH Khadija

Année universitaire 2021-2022 Le 27/11/2021

Objectif du TP :  Etude de la caractérisation d’un circuit hydraulique fermé contenant une seule pompe centrifuge.  Etude du couplage en parallèle / série de deux pompes identiques et indépendantes.  Mise en évidence du phénomène de cavitation a l’intérieur d’une pompe centrifuge.

Dispositif expérimental :

Fonctionnement : Le banc possède deux pompes centrifuges similaires. La vitesse des deux pompes est réglée par un variateur électronique avec affichage de la vitesse et de la puissance consommée. L’eau est aspirée du réservoir vers chacune des pompes et passe par des vannes d’entrée (aspiration), puis au travers des pompes et sort ensuite par un ensemble de tuyauterie et de vannes, pour retourner à la fin vers le réservoir d’alimentation en traversant un tube Venturi, ce dernier permet de calculer le débit.

Une instrumentation complète avec manomètres et débitmètres permet de déterminer la puissance hydraulique et de tracer les courbes caractéristiques des pompes.

Données :  A1 : la surface à l’entrée du tube de Venturi (m2) = 5.81 ∗ 10−4 𝑚 2  A2 : la surface au col du tube de Venturi (m2) = 2.01 ∗ 10−4 𝑚 2  Cd : le coefficient de débit = 0,97

 Coefficient de débit : 𝐶0 =

𝑄

avec D : le diamètre du rotor = 114 mm

𝑁𝐷3 𝑔𝐻

 Coefficient de charge : 𝐶𝐻 =

𝑁2 𝐷2 𝑤2

 Coefficient de puissance : 𝐶𝑝 =

𝜌𝑁3 𝐷5

Formules :  Puissance hydraulique : W2 = (P0 – P1) Q  Le débit 𝑄 = 𝐶𝑑 𝐴1 √

2∆𝑝 𝐴 𝜌(( 1)² −1) 𝐴2

 La Charge hydraulique 𝐻 = 𝑃0 − 𝑃1 𝑤

 Le rendement : 𝜂 = 𝑤2 1

 Nombre de Reynolds : 𝑅𝑒 =

𝜌𝑁𝐷2 𝜇

Manipulation : 1. Montage d’une seule pompe

Dans ce montage, on s’intéresse uniquement à la pompe 1 alors on doit s’assurer que la vanne de refoulement soit complétement ouverte et que la vanne de la pompe 2 est totalement fermée. Ensuite, on démarre le moteur et on règle la vitesse à 3000tr/min. Tableau des mesures :

Pour étudier la variation des caractéristiques de ce circuit hydraulique en fonction du débit, on présente les résultats obtenus par des courbes :  Le rendement en fonction du débit :

 La puissance absorbée en fonction du débit :

 La charge totale en fonction du débit :

2. Montage de deux pompes en parallèle

On utilise deux pompes centrifuge, on positionne le sectionneur des variateurs de pompes en arrêt, on ouvre les deux vannes d’aspiration en on règle les trois voies en mode d’écoulement direct vers la conduite d’évacuation, on ouvre complètement la vanne d’aspiration de la pompe 1 et la vanne de refoulement, on démarre les deux moteurs des pompes et on règle brusquement les deux vitesses à 3000tr /min. Tableau des mesures :

Pour étudier la variation des caractéristiques de ce circuit hydraulique en fonction du débit, on présente les résultats obtenus par des courbes :  Le rendement en fonction du débit :

 La puissance absorbée en fonction du débit :

 La charge totale en fonction du débit :

3. Montage de deux pompes en série :

On utilise deux pompes centrifuge, on positionne le sectionneur des variateurs de pompes en arrêt, on ouvre la vanne d’aspiration de la pompe 1 en on règle les trois voies en mode d’écoulement direct vers l’entrée de pompe 2, on ouvre complètement la vanne de refoulement, on démarre les deux moteurs des pompes et on règle brusquement les deux vitesses à 3000tr /min. Tableau des mesures :

Pour étudier la variation des caractéristiques de ce circuit hydraulique en fonction du débit, on présente les résultats obtenus par des courbes :  Le rendement en fonction du débit :

 La puissance absorbée en fonction du débit :

 La charge totale en fonction du débit :

4. Démonstration de la cavitation- une seule pompe : Définition : pour des pressions d'aspiration relativement faibles le liquide peut avoir tendance à se vaporiser d'où la formation de bulles de vapeur ou de cavités c'est le phénomène de cavitation. Ce phénomène de cavitation est très particulier aux pompes centrifuges, se manifeste de plusieurs façons ;

– Des bruits et vibrations, – Chute brutale du débit el de la pression de refoulement, – Amorçage de la pompe,

Pour un fonctionnement normal de la pompe et en toute sécurité, il faut donc que la pression à l'entrée de la pompe soit largement au-dessus de la tension de vapeur du fluide. Pour notre manipulation : On règle la pompe 1 et les vannes comme le cas d’une seule pompe on démarre le moteur a sa vitesse maximale puis on ferme progressivement la vanne d’aspiration de la pompe 1, on remarque que le bruit de la pompe commencera à augmenter et des bulles de vapeur d’eau apparaissent dans la pompe et dans le réservoir autour du tuyau de sortie, à un certain moment la pompe cesse de débiter de l’eau du fait de la formation d’un vide à l’intérieur.

Questions : 1. Analyse des résultats : On remarque d’après les résultats que l’on a obtenus dans le cas d’une seule pompe que le rendement diminue en augmentant les valeurs du débit. Un meilleur rendement pour la pompe seule est celui ayant un débit minimal. On remarque aussi sur la courbe que la charge décroit en fonction du débit, contrairement à la puissance W1 qui augmente avec l’augmentation de Q. 2. Comparaison des resutats : Pour l’étude des pompes en parallèle, en augmentant la pression de sortie par la vanne de refoulement, nous avons remarquer que le débit transféré par l’ensemble des pompes dépasse largement les débits atteints par une seule pompe. Ce type de montage permet de faire des mesures à faibles pressions pour grands débits au fait de l’addition de ces derniers. Le montage de deux pompes en parallèle permet d’augmenter fortement le débit pompé sur un réseau. Mais compte tenu que les pertes de charge croitront proportionnellement au débit. Pour l’étude des pompes en série , il faut modifier le circuit par ouverture et fermeture des vannes. Nous constatons une valeur de charge H très élevée surtout pour les débits faibles, on remarque, par la suite, que cette faible performance du couplage provient d’une perte de charge entre les deux pompes, liée au frottement de l’eau, qui augmente également en fonction du débit. Le fonctionnement en série ne permet plus une augmentation de la charge. Mais dans ce contexte, il faut considérer que le circuit réalisé pour ces mesures reflète mal la situation d’une installation construite pour le couplage des pompes en série. En effet, la distance entre les deux pompes influence aussi s’elle est assez grande, et par conséquent il apparaît des pertes de charges qui expliquent ces résultats.

Conclusion : Dans le cas de couplage en parallèle des pompes, le rendement obtenu est plus grand que celui d’une seule pompe. Ce type de montage assure une continuité de fonctionnement et la simplicité de maintenance, en cas de défaillance.