Etude préliminaire d’une pompe centrifuge

TP2

Etude préliminaire d’une pompe centrifuge

Introduction

Pour faire circuler un fluide, on peut utiliser la gravité ou le vide, mais cela étant souvent insuffisant, l’utilisation de pompes est très répandue pour apporter de l’énergie. Elles permettent en effet de vaincre les pertes de charge, d’augmenter la pression du fluide et de l’élever et ainsi d’augmenter son énergie cinétique.

L'énergie requise pour faire fonctionner une pompe dépend non seulement des propriétés du fluide pompé et de l’installation, mais aussi des caractéristiques de l'écoulement, à savoir sa vitesse, son débit, son élévation et sa pression. C’est précisément ces caractéristiques qui vont être étudiées au cours de ce TP.

Ce compte-rendu se concentre sur l’étude d’une pompe centrifuge, catégorie la plus répandue dans l’industrie, que l’on peut utiliser pour des débits de fluide importants, mais ne permettant cependant pas une élévation de pression importante, contrairement aux pompes volumétriques.

Ainsi, nous analyserons dans ce compte-rendu les variations de HMT, de la puissance hydraulique et du rendement, en fonction du débit, en faisant varier la vitesse de rotation du moteur. Il s’agira aussi de prédire les variations des grandeurs caractéristiques de la pompe en fonction du régime moteur. Finalement, nous comparerons la valeur calculée du NPSH disponible à celle requise définie par le constructeur, afin de s’assurer qu’il n’y a pas de cavitation, c’est à dire un phénomène de vaporisation au niveau le plus bas de la pression dans la pompe, qui risquerait de l’endommager.

Objectifs du TP

Comparaison des outils de mesure

Il existe deux possibilités pour déterminer le débit de la pompe centrifuge étudiée.

* La première consiste à utiliser un diaphragme normalisé couplé à un manomètre différentiel. En mesurant la différence de pression, on peut aisément calculer le débit volumique, grâce à la formule suivante :

Ne fonctionnant pas dans la salle de TP, on n’a pas pu utiliser cet appareil[a].

* L’autre méthode consiste à utiliser un compteur à eau, à l’aide duquel on peut directement mesurer le débit volumique, et ce avec une grande précision.

Nous avons effectué toutes nos mesures au cours du TP avec ce compteur à eau.

Protocole expérimental

Le protocole[b] suivant permet de comprendre les différentes étapes de prise de mesure pour le débit maximal :

-Déterminer un volume d’eau à chronométrer (V =0,4pour le calcul de débit maximal)

-Ouvrir la vanne au maximum

-Régler la vitesse du moteur au maximum

-Démarrer l’installation et chronométrer le temps d’écoulement du débit choisi

-Faire varier l’ouverture de la vanne ou la vitesse du moteur si l’on souhaite changer le débit

-Calculer le débit

Le débit volumique est égal au volume d’eau dont on mesure le débit divisé par le temps de mesure.

L’incertitude sur le débit de la pompe est calculée en utilisant la méthode des logarithmes :

ln(Q) = ln(V) - ln(T)

Mesures et résultats

Courbes caractéristiques à vitesse maximale

1. Afin de déterminer expérimentalement le débit maximal de l’installation, nous avons ouvert la vanne complètement et sélectionné la plus grande vitesse de rotation possible.

Nous obtenons ainsi un débit maximal égal à au volume écoulé maximal divisé par le temps :

Comme expliqué précédemment, l’incertitude relative du débit volumique correspond à la somme quadratique des incertitudes relatives sur V et T :

Avec :

* ΔV = 0 (on ne mesure expérimentalement que le temps et l’on néglige l’incertitude sur l’affichage du volume par les aiguilles)

* ΔT = 1s (temps de réaction humain) 2 (on appuie deux fois sur le chronomètre) = 2s

Finalement, on obtient l’incertitude absolue sur Q suivante :

→

Avec le relevé de p1 et p2 à l’aide des deux manomètres disposés respectivement côté aspiration et côté refoulement et la mesure du débit volumique Q, il est alors possible de calculer la hauteur manométrique totale HMT, la puissance hydraulique PH et le rendement η.

* Calcul de HMT :

avec :

(simplification : )

Avec une incertitude égale à :

avec :

où

* Calcul de la puissance hydraulique PH :

Avec une incertitude égale à :

* Calcul de la puissance mécanique Pm :

...