Les fluides, gaz, eau, air, huile sont soumis aux mêmes lois physiques mais nécessitent des équipements différents.
L'eau stockée dans un réservoir exerce une pression, cette pression dépend de la hauteur de la colonne d'eau.
On peut soutirer l'eau du réservoir en ouvrant la vanne, selon que l'on ouvre plus ou moins la vanne le débit est plus ou moins important.
Le débit de vidange dépendra de deux paramètres, la pression induite par la hauteur de colonne d'eau et les pertes de charge que l'on crée selon l'ouverture de la vanne.

Les fluides ont des états : liquides ou gazeux liés à la pression et la température, l'eau surchauffée s'évapore et la vapeur se condense
On doit considéré ces états principalement pour des applications liés à l'emploi de l'eau surchauffée et la compression des fluides frigorifiques.

Les équipements mise en œuvre, pompes, vannes, réservoir, anti-bélier, clapet anti retour, casse vide sont choisis selon les caractéristiques des fluides. Ces équipements sont raccordés par des conduites ou tuyauterie, les raccordmeents se font avec des connecteurs, des raccord à vis ou des brides.

Les fluides ont des caractéristiques chimiques qu'il faut également considérer
Les carburants et liquide inflammables sont mis en œuvre avec des précautions adaptés : raccord en bronze, mise à la terre.
Pour certains fluides des cycles aspiration, refoulement et inertage peuvent être nécessaire

Les pompes

On répartit les pompes en deux catégories.

Les pompes centrifuges sont les plus répandues, plus simples. elles sont caractérisées par leur débit important et des pression de refoulement moins élevées.

Les pompes volumétriques ont des débits plus faible mais permettent d'atteindre des pressions plus importantes.

Ces pompes se rencontrent couramment dans de nombreuses applications.Selon le type d'installation les pompes auront des régimes de fonctionnement différents

la pompe centrifuge dispose d'un débit important mais de hauteur de refoulement limité.
En 1689, le physicien Denis Papin invente la pompe centrifuge, aujourd'hui la plus utilisée au monde.

La pompe centrifuge fonctionne sur un principe simple : le liquide est amené au moyeu de la roue et projeté au moyen de la force centrifuge vers la périphérie des roues.
La construction est relativement peu coûteuse, solide et simple.
Sa grande vitesse permet de connecter directement la pompe à un moteur.

L'efficacité énergétique nécessite des systèmes modulants ici un groupe motopompe intègre les fonctions de régulation, l'instrumentation et un variateur.

76% du coût du cycle de vie d'une pompe correspond au coût de l'énergie

Composants de la pompe centrifuge

La pompe centrifuge est de construction simple.

La roue peut être démonté. Le diamètre de la roue influe sur les caractéristiques de la pompe

Les roulements sont remplacés périodiquement.

L'étanchéité peut être assuré par des tresses ou des garnitures mécaniques.
Les garnitures sont dans des matériaux comme le graphite ce qui le rend très fragile.

Les pompes à tresses sont généralement pourvues d'une évacuation pour l'eau.

Pompe de relevage

Les pompes de relevage et pompe serpilliere sont des pompes simples que l'on trouve dans des regards ou des fosses de relevage Selon les modèles elles sont équipées de flotteur

Pompe centrifuge multicellulaire

Il existe des pompes centrifuges dite multicellulaire qui sont en fait une série de pompe centrifuge ce qui permet d atteindre des pressions importantes.
Les pompes centrifuge peuvent être associé en série ou parallèle comme les piles et batterie mais en respectant les caractéristiques de la pompe.
Pour augmenter la hauteur manométrique on associer des pompes en série, les pompes centrifuges multicellulaires sont employés dans les process, les surpresseurs et les chaufferies vapeurs.

Pompe à vis centrifuge

Hydrostal propose des pompes spécifiques adaptées à certains produits délicats : poisson vivants
Hydrostal propose des rendements hydrauliques allant jusqu'à 85 % et des passages libres garantissant une très bonne prise en charge des particules
Les NPSH des pompes Hidrostal sont très bas. les risques de cavitation, de désamorçage sont moindres qu'avec les pompes centrifuges classiques

Circulateur

Ils s'utilisent dans des applications de chauffage et de climatisation. Les débits et hauteur manométriques sont moins importants due fait que ces équipements sont implantés dans des circuits fermés ou seul les perte de charge des conduites sont a considérer.
Les pompes de chauffage ou circulateurs, aujourd'hui les modèles à variateur monophasé s impose hormis sur des fortes puissances. Ces pompes peuvent être contrôlés par une régulation et communiquer avec une gtb Il existe des groupes double doté d'un automatisme assurant la permutation automatique des pompes pour repartir les heures de fonctionnement et effectuer une reprise sur défaut.

Les caractéristiques des circulateurs; les débits et hauteur sont moindres que ceux des pompes centrifuges.
Le choix d'un circulateur nécessite des mesure sou une étude du réseau; dans le cas d'un remplacement on, pourra vérifier que le circulateur est adapté.

Les circulateurs communiquent avec les réseaux de GTC et GTB, ils intègrent des fonctions de régulation voir de comptage d'énergie.

Pompes volumétriques

La majorité des pompes volumétriques sont réversibles, le débit est indépendant de la pression mais dépendra de la puissance du moteur. Ces pompes peuvent atteindre des pressions élevées et sont équipées de bypass pour protéger les installations

Les pompes a engrenage externe

La pompe à engrenage externe est une pompe volumétrique rotative équipée d'un rotor (Engrenage externe) à l'intérieur duquel est entraîné un pignon excentré. Pour des transferts de fluide à très haute viscosité, la pompe sera entraînée par un moto-réducteur à vitesse lente. Pour des viscosités faibles la pompe à engrenage pourra être entraînée à 1500 Tr/min. Débit jusqu'à 250 m3/h Pression jusqu'à 16 bar Température jusqu'à 300 °C

Pompe a piston circonférentiel

La pompe à piston circonférentiel est conçue pour le pompage de produits fragiles sensibles au cisaillement, liquides ou visqueux, chargés de particules molles ou dures.

Pompe à piston excentré

Elle permet de transférer des liquides très fluides jusqu'à des produits visqueux jusqu'à 15 000 centistokes(fuel lourd, bitume, colle). En fin de pompage elle permet de comprimer l'air dans la tuyauterie de refoulement et ainsi de chasser le liquide.

Pompe à membrane

La pompe à membranes électrique a une consommation d'énergie jusqu'à 5 fois inférieure à la pompe à membrane à air comprimé. La pompe à membranes électrique réduit les pulsations sans avoir recours à un amortisseur de pulsations.

Pompe péristaltique

La pompe péristaltique est une technologie massive, encombrante et cher. Nous avons l'habitude d'expliquer que le choix d'une pompe péristaltique doit être fait lorsque tout a déjà été essayé et qu'aucune autre technologie ne fonctionne.

Les pompes et circulateurs sont employées dans des circuits ouverts et fermés. Dans un circuit fermé la pression statique est négligée. Pour les circuits ouverts on distingue les pompes fonctionnant en aspiration ou en charge.

Pompe en aspiration

On mesure la hauteur géométrique Hg entre le refoulement et l'aspiration.
Cette Hauteur géométrique et les pertes de charge imposent la pression délivrée par la pompe ou Hauteur manométrique Totale, la Hauteur manométrique Totale ou HMT se répartit entre
la hauteur à l'aspiration Ha
la hauteur au refoulement Hr
les pertes de charge dans le reseau

Plus la différence de hauteur est importante plus la pompe doit fournir de pression pour établir un débit.

Les pertes de charge, pdc, ne doivent pas être négligées

Pompe en charge

Dans cette configuration la hauteur de charge Hc "aide" la pompe à imposer une pression Hr.
La HMT se réduit et le débit augmente

HMT = Hg + pdc = ( Hr - Hc ) + pdc
En pratique c'est le montage a privilégier pour optimiser le fonctionnement de la pompe.

Une pompe de sprinkler peut aspirer l eau du réseau de ville à 3 bar qui fournit 350 m3/h pour une hauteur de 80 m, La pression atteint alors 11bar sur le réseau incendie.
La pompe est employé en surpresseur, les pressions du réseau et de la pompe s'additionne.

Courbe de pompe

Les constructeurs fournissent les courbes des pompes. Ici 3 courbes représentent :
La HMT en fonction du débit, HMT=f(Q)
Le NPSH en fonction du débit
La puissance absorbée en fonction du débit

On peut lire le rendement sur la courbe HMT=f(Q)
Le NPSH est la pression minimale à maintenir à l'entrée de la pompe pour éviter la cavitation.
Les pompes sont parfois équipés de manomètre à l'aspiration et au refoulement. La lecture des pressions permet de situer le point de fonctionnement de la pompe

Les pompes centrifuges ont un débit minimal, Qmin, visible sur la courbe HMT=f(Q).
On évite de travailler "en bout de courbe" ou sous le NPSH pour éviter la cavitation

Les phénomènes de cavitation peuvent s'avérer dévastateur et réduisent significativement la durée de vie d'une pompe. Ces pompes sont constitués de pièce de fonderie en fonte ce qui rend le rechargement impossible et leur réparation compliqué…

Modélisation de la courbe H=f(q)

Les débitmètres sont des équipements couteux, on dispose de manomètre différentielle pour des prix moindres, ceux ci permettent d'estimer le débit de la pompe.
Dans certain cas on connait déjà la pression a l'aspiration par une mesure de niveau réalisé avec un transmetteur de pression.
Il suffit donc d'ajouter un transmetteur de pression pour estimer le débit, au perte de charge a l'aspiration près.

On rappelle que pour l'eau une hauteur de 10,2m correspond a 1 bar et qu'une pompe centrifuge se porte mieux si elle est en "charge" à l'aspiration.

On utilise ici des équations du troisième degré qui seront assez précises si l on choisit la plage de fonctionnement adapté.

Nous passons sur le détail de la résolution,Les formules établies il ne restent qu'a les appliquer.Un tableur nous aidera.

Les points sont relevés sur la courbe, soyez précis choisir trois point dans le début le milieu et la fin de la plage de fonctionnement

L image ci contre montre la superposition du modèle a la courbe du constructeur. On constate une erreur croissante en fin de courbe.

Une meilleure précision sur la courbe requiert des polynômes de degré plus élevés ou d'utiliser un modèle d'équations: HMT=HMT0.[1-Qv²/(α.Qvmax²)]

Mesure de puissance et énergie thermique

Maintenant que nous pouvons estimer un débit depuis deux mesures de pression; on peut déterminer une puissance thermique. Les échangeurs ont aussi des rendements que l on peut surveiller avec 3 ou 4 sondes de température
Ces mesures exploités par un automatisme permettent d'avoir une bonne estimation de la puissance et donc de l'énergie thermique. Nous aborderons ce sujet dans un prochain article.

Avec le débit, une différence de température et en connaissant le fluide véhiculé on obtient la puissance thermique.
pour l'eau P = 1.16 x Qv x dT
1,1625 correspond à la chaleur volumique de l'eau en kWh/ (m3.K)
Qv est le débit volumique en m3/h
dT est l'écart de température mesuré en K

Le prix d un compteur d énergie est sans rapport avec la solution proposée. Maintenant il faudra utiliser l'instrumentation, l'automatisme et les mathématiques.
La compréhension des processus physiques et la maîtrise des technologies permet de faire certaines économies et d apporter davantage d'informations sur les systèmes à moindres coûts