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ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
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MANUEL PEDAGOGIQUE
MANUEL D’UTILISATION
ETUDE D’’UNE POMPE CENTRIFUGE
07-1055H
BP46 Route d’Heyrieux 69360 St Symphorien d’Ozon
d’Ozo tel : 04 78 02 10 55 fax : 04 78 02 73 99
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
SOMMAIRE
1 – Fiche de calcul .................................................................................................. ......... 1
1 . 1 – Calcul de la HMT ............................................................................... 1
1 . 2 – Calcul du NPSH................................................................................. 1
1 . 3 – Calcul de la puissance en bout d’arbre ......................................... 2
1 . 4 – Calcul du rendement de l’ensemble motopompe......................... 2
1 . 5 – Calcul du rendement de la pompe ................................................. 2
1 . 6 – Mesure du couple .............................................................................. 3
2 – Travaux pratiques ........................................................................................... ......... 4
2 . 1 – Etude de la pompe ............................................................................ 4
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
1 – FICHE DE CALCUL
1 . 1 - CALCUL DE LA HAUTEUR MANOMETRIQUE TOTALE : H. M. T.
( Paval - Pamont ) x (10.197 x 9.81 x 1000)
H.M.T. = ___________________________________
gxρ
avec :
- H.M.T.
- P aval
- P amont
- ρ
- g
- 1 bar
=
=
=
=
=
=
Hauteur manométrique totale ( m CE )
Pression refoulement pompe ( bar )
Pression aspiration pompe ( bar )
Masse volumique du liquide ( kg/m3 )( ρeau =1000 kg/m3 )
Accélération ( m/s2 ) ( g = 9.81m/s2 )
10.197 m CE
1 . 2 - CALCUL DE LA CHARGE NETTE D’ASPIRATION : N. P. S. H.
( Pamont - Pvap )
16 x Qv2
_______________
_______________________
N.P.S.H. =
+
gxρ
2 x g x π2 x ( 25 x 10-3 )4
avec :
- N.P.S.H.
- P amont
- P vap
- g
- ρ
- Qv
- d
=
=
=
=
=
=
=
Charge nette d’aspiration ( m CE )
Pression absolue d’aspiration ( Pa )
Pression de vapeur saturante ( Pa ) ( à 20°C Pvap = 0.023 bar )
Accélération ( m/s2 ) ( g = 9.81 m/s2 )
Masse volumique du liquide ( kg/m3 ) ( ρ eau = 1000 kg/m3 )
Débit volumique ( m3/s )
Diamètre de la tuyauterie ( 25 mm )
1
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
1 . 3 - CALCUL DE LA PUISSANCE EN BOUT D’ARBRE
P=2xπxCxN
avec :
- P
- C
-
N
:
:
:
Puissance ( W )
Couple mécanique ( N.m )(Voir chapitre « mesure du
couple »)
Vitesse de rotation ( tr/s )
1 . 4 - CALCUL DU RENDEMENT DE L’ENSEMBLE MOTOPOMPE
ηG = PF / PA
avec :
PF = g x ρ x H x Qv
avec :
- PF
- g
- ρ
- H
- Qv
- ηG
- PA
=
=
=
=
=
=
=
Puissance fournie au fluide ( W )
Accélération ( m/s2 ) ( g = 9.81 m/s2 )
Masse volumique du liquide ( kg/m3 )( ρ eau = 1000 kg/m3 )
Hauteur manométrique ( m CE )
Débit volumique ( m3/s )
Rendement du groupe moto-pompe ( % )
Puissance électrique absorbée lue sur le wattmètre ( W )
1 . 5 - CALCUL DU RENDEMENT DE LA POMPE
ηP = PF / PM
avec :
- ηP
- PF
- PM
= Rendement de la partie pompe ( % )
= Puissance hydraulique ( W )
= Puissance transmise en bout d’arbre moteur ( W )
2
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
1 . 6 - MESURE DU COUPLE
m
L'arbre du moteur de la pompe 1 dispose de deux
masses « m » et « M » sur le bras de levier.
La masse « m » équilibre à vide le moteur et
l’arbre.
l
Pour équilibrer l'ensemble, supprimer la masse
« M » mettre hors tension la pompe, puis faire varier
la longueur « l » (longueur entre l'arbre du moteur et la
masse « m ») de façon à ce que l'arbre du moteur
reste figé dans la position où il a été forcé.
L
La masse « M » permet de régler la fin de course
de l’arbre du moteur afin qu'il ne soit jamais en butée.
Pour cela, positionner la masse « M » à une certaine
distance et mettre la pompe en fonctionnement. Régler la masse « M » afin de pouvoir lire le plus grand
déplacement possible sur la règle sans jamais être en
butée (réglage en usine).
M
Pour le calcul du couple, il faut mesurer la distance
« X » et l'angle α par la tangente (tan α = X / Y).
Quand α est déterminé, le couple se calcule par la
formule suivante :
L
C=M x L x sinα x 9.81
Y
α
M
-
X
Y
M
L
:
:
:
:
-
C
:
Distance de déplacement ( m )
Longueur du bras de levier ( 0.696 m )
Masse sur le bras de levier ( 1.743 kg )
Distance du centre de gravité de la masse par
rapport à l’axe de rotation. ( 0.592 m )
Couple mécanique ( N.m )
X
3
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
2 - TRAVAUX PRATIQUES
2 . 1 - ETUDE DE LA POMPE
2 . 1 . 1 - Manipulation 1
Il s'agit d'observer les variations du couple, des pressions et du débit en fonction de la
vitesse de rotation du moteur de la pompe, puis d'effectuer différents calculs à partir de
ces mesures.
a - Mode opératoire
Etat des vannes :
V1
O
V2
F
F= fermée O= ouverte
V3
O
V4
F
V5
F
V6
O
V7
O
V8
F
- Après avoir ouvert les vannes, mettre en marche la pompe à vitesse maximum, puis
régler le débit avec la vanne de réglage pour obtenir 3000 l/h,
N.B. Il convient de démarrer la pompe avec la commande de variation de vitesse à 0
pour éviter une action violente sur le mécanisme de mesure du couple du moteur
d’entraînement lors de la mise en marche si la vitesse est réglée à une valeur importante,
- Relever les valeurs de la vitesse de rotation du moteur, du débit, de X pour le calcul
du couple et des pressions amont et aval (P1 et P2). Effectuer d'autres mesures pour des
valeurs différentes de la vitesse de rotation du moteur à l'aide du potentiomètre de commande de la variation de vitesse.
4
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
b - Mesures et calculs expérimentaux
Qv1 (l/h) N (tr/mn)
1000
1500
2000
2500
3000
X (m)
814
1118
1414
1660
1965
0.015
0.025
0.035
0.050
0.060
P1 amont
(bar)
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
P1 aval
(bar)
0.10
0.22
0.30
0.35
0.40
Puissance
(W)
150
203
260
307
367
sin α
C (m.N)
0.0215
0.0359
0.0502
0.0717
0.0859
0.218
0.363
0.508
0.725
0.869
H.M.T.
(mCE)
1.02
2.24
3.06
3.57
3.98
Rappel :
N
X
Qv
P amont
P aval
α
C
H.M.T.
Puissance
=
=
=
=
=
=
=
Vitesse de rotation du moteur
Déplacement du bras de levier (voir « mesure du couple »)
Débit volumique
Pression relative d'aspiration de la pompe (P1)
Pression relative de refoulement de la pompe (P2)
Angle de rotation du bras de levier (voir « mesure du couple »)
Couple exercé sur l'arbre du moteur (voir « mesure du couple » L = 592
mm, M = 1.743 kg et Y = 696 mm )
= Hauteur manométrique totale
= Lue sur le Wattmètre
5
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
2 . 1 . 2 - Manipulation 2
Observation des variations des pressions amont et aval en faisant varier le débit à
l'aide de la vanne de sortie de la pompe pour une vitesse de rotation du moteur stable.
a- Mode opératoire
Etat des vannes :
V1
O
V2
F
F= fermée O = ouverte
V3
↕
V4
F
V5
F
↕ = variable
V6
O
V7
O
V8
F
- Positionner les vannes puis mettre en marche la pompe,
- Régler, avec le potentiomètre de commande, la vitesse de la pompe (cette vitesse
sera identique pendant la durée de la manipulation) ; si pour cette vitesse le débit est supérieur à 3000 l/h, fermer la vanne de réglage pour avoir un débit égal à 3000 l/h,
- Relever sur le manomètre les pressions amont (P 1) et aval (P 2) et le débit (Qv),
- Relever différentes mesures en diminuant à chaque fois le débit de 200 l/h à l’aide
de la vanne de réglage,
- Cette manipulation sera effectuée avec 2 valeurs de vitesse.
Rappel :
N
Qv
P amont
P aval
H.M.T.
N.P.S.H.
=
=
=
=
Vitesse de rotation du moteur
Débit volumique
Pression relative d'aspiration de la pompe (P1)
Pression relative de refoulement de la pompe
(P2)
= Hauteur manométrique totale
= Charge nette d’aspiration
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
b - Mesures et calculs expérimentaux
Avec N=2830 tr/mn :
Qv1
(L/h)
0
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
P1amont
(bar)
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
P1aval
(bar)
3.70
3.40
3.20
3.00
2.80
2.70
2.60
2.40
2.30
2.10
2.00
1.85
1.70
1.60
1.50
HMT
(mCE)
37.73
34.67
32.63
30.59
28.55
27.53
26.51
24.47
23.45
21.41
20.39
18.86
17.33
16.32
15.30
NPSH
(mCE)
9.96
9.96
9.97
9.97
9.98
9.98
9.99
10.00
10.01
10.02
10.04
10.05
10.07
10.09
10.11
Avec N=2140 tr/mn :
Qv1
(L/h)
0
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
P1amont
(bar)
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
P1aval
(bar)
2.20
2.00
1.80
1.70
1.60
1.45
1.30
1.20
1.15
1.05
1.00
0.90
0.80
0.70
0.60
HMT
(mCE)
22.43
20.39
18.35
17.33
16.32
14.79
13.26
12.24
11.73
10.71
10.20
9.18
8.16
7.14
6.12
NPSH
(mCE)
9.96
9.96
9.97
9.97
9.98
9.98
9.99
10.00
10.01
10.02
10.04
10.05
10.07
10.09
10.11
7
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
2 . 1 . 3 - Manipulation 3
Observation de la variation du rendement du groupe moto-pompe, en faisant varier le
débit à l'aide de la vanne de sortie de la pompe.
a - Mode opératoire
Etat des vannes :
V1
O
V2
F
F= fermée O = ouverte
V3
↕
V4
F
V5
F
↕ = variable
V6
O
V7
O
V8
F
- Positionner les vannes puis mettre en marche la pompe 1 (2710 tr/mn) ; si le débit est
supérieur à 3000 l/h, fermer la vanne de réglage pour avoir un débit égal à 3000 l/h,
- Relever sur les manomètres les pressions amont (P1) et aval (P2), le débit (Qv), la vitesse (N), la puissance absorbée (Pa) et la distance X pour la mesure du couple,
- Relever différentes mesures en diminuant à chaque fois le débit de 200 l/h à l’aide de
la vanne de réglage.
Rappel :
Qv
P amont
P aval
X
N
PA
H.M.T.
C
=
=
=
=
=
=
=
=
PM
PF
ηG
ηP
=
=
=
=
Débit volumique
Pression relative d'aspiration de la pompe (P1)
Pression relative de refoulement de la pompe (P2)
Déplacement du bras de levier (voir « mesure du couple »)
Vitesse de rotation du moteur
Puissance lue sur le Wattmètre
Hauteur manométrique totale
Couple exercé sur l'arbre du moteur (voir « mesure du
couple » L = 592 mm , M = 1.743 kg et Y = 696 mm )
Puissance mécanique en bout d’arbre du moteur
Puissance hydraulique
Rendement du groupe moto-pompe
Rendement de la partie pompe
8
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
b - Mesures et calculs expérimentaux
Qv1 P1amont
(L/h) (bar)
0
0.00
400 0.00
600 0.00
800 0.00
1000 0.00
1200 0.00
1400 0.00
1600 0.00
1800 0.00
2000 0.00
2200 0.00
2400 0.00
2600 0.00
2800 0.00
3000 0.00
P1aval
(bar)
3.60
3.40
3.20
3.00
2.90
2.80
2.60
2.40
2.30
2.20
2.00
1.90
1.70
1.60
1.50
X
N
(m) (tr/mn)
0.100 2833
0.100 2831
0.105 2828
0.105 2823
0.105 2829
0.107 2820
0.107 2817
0.110 2816
0.110 2815
0.110 2811
0.115 2809
0.110 2809
0.115 2808
0.115 2806
0.115 2808
Pa
(W)
552
552
552
552
552
552
552
552
553
553
553
553
553
553
553
HMT
sin α (mCE)
0.1422 36.71
0.1422 34.67
0.1492 32.63
0.1492 30.59
0.1492 29.57
0.1519 28.55
0.1519 26.51
0.1561 24.47
0.1561 23.45
0.1561 22.43
0.1630 20.39
0.1561 19.37
0.1630 17.33
0.1630 16.32
0.1630 15.30
C
(m.N)
1.440
1.440
1.510
1.510
1.510
1.538
1.538
1.580
1.580
1.580
1.650
1.580
1.650
1.650
1.650
PM
(W)
427.1
426.8
447.2
446.4
447.3
454.2
453.7
466.0
465.8
465.1
485.4
464.8
485.2
484.9
485.2
PF
(W)
0.0
37.8
53.4
66.7
80.6
93.4
101.1
106.7
115.0
122.3
122.3
126.7
122.8
124.5
125.0
ηG
(%)
0.00
6.85
9.66
12.08
14.60
16.91
18.32
19.33
20.80
22.11
22.11
22.91
22.21
22.51
22.61
2 . 1 . 4 - Conclusions
Nous observons sur les courbes représentatives des mesures réalisées que la Hauteur
Manométrique Totale (H.M.T.) varie en fonction du débit et de la vitesse, et la charge
nette d'aspiration (N.P.S.H.) varie en fonction du débit.
* En effet, nous constatons que la Hauteur Manométrique Totale est d'autant plus importante que le débit est faible et que la vitesse est élevée.
* Au contraire, la charge nette d'aspiration est d'autant plus importante que le débit est
élevé. Nous remarquons aussi que la vitesse a très peu d’influence.
9
ηP
(%)
0.00
8.85
11.93
14.94
18.01
20.56
22.29
22.9
24.7
26.28
25.19
27.26
25.31
25.67
25.77
ETUDE D’UNE POMPE CENTRIFUGE
MANUEL PEDAGOGIQUE
10