Fonctionnement d'une pompe centrifuge sous vide

Un peu de théorie pour commencer.

NPSH, «Net Positive Suction Head» (Hauteur Nette Positive d’Aspiration) ou réserve de cavitation, est la valeur la plus importante pour évaluer la capacité d’aspiration d’une pompe. Le NPSH détermine la pression minimale à l’entrée de la pompe nécessaire pour un fonctionnement sans cavitation.

Il existe deux valeurs de NPSH: NPSHr («required» ou requis) — la réserve de cavitation nécessaire, c’est-à-dire la pression minimale sur la conduite d’aspiration de la pompe. Le NPSHr est déterminé par des tests en usine pour chaque pompe et indiqué dans des graphiques et tableaux (voir Fig. 1). Il convient de noter que ces données sont fournies pour une température du liquide de +20 °C.

Fig. 1

Comparaison des valeurs NPSH des pompes à 1500 et 3000 tr/min.

NPSHa («available» ou disponible) — la pression disponible dans le système où la pompe est installée. Étant donné que la pompe fonctionne dans un système (chauffage, approvisionnement en eau, eaux usées, production d’alcool, alimentation, etc.), le rendement de la pompe dépend en grande partie de la tuyauterie, de la configuration du système, des vannes d’arrêt, de l’automatisation et pas seulement du fabricant ou de la conception de la pompe.

NPSHa (système) doit toujours être supérieur à NPSHr (pompe)

NPSHa > NPSHr

Cette condition doit être respectée pour un fonctionnement normal et sans cavitation de la pompe.

Prenons l’exemple d’une pompe utilisée pour extraire un liquide d’un réservoir sous vide. Il peut s’agir, par exemple, d’un réacteur chimique ou d’une colonne de distillation pour extraire la vinasse.

Le schéma de principe de ce processus est présenté à la Fig. 2.

La solution technique est illustrée à la Fig. 3.

Fig. 2

Fig. 3

Le NPSHa d’un système fonctionnant sous vide se calcule avec la formule:

NPSHa = P + Lh − (Vp + Hf)

P — pression sur la surface du liquide dans un réservoir fermé (pression absolue);

Comme le réservoir est sous vide, on suppose P = 0 (vide absolu, bien que dans la réalité la pression absolue ne sera jamais nulle).

Lh — hauteur maximale de la colonne de liquide (hauteur statique au-dessus de la pompe);

Vp — pression de vapeur du liquide à la température maximale de fonctionnement;

Hf — pertes de charge par friction dans la ligne d’aspiration à la capacité requise de la pompe;

De cette formule, on peut conclure que pour augmenter la capacité d’aspiration de la pompe, il faut augmenter la hauteur du liquide (Lh), réduire la pression de vapeur du liquide (Vp) — ce qui dépend de la température, il est donc préférable de pomper un liquide plus froid — et réduire les pertes de charge par friction dans la tuyauterie (augmenter le diamètre de la conduite d’aspiration, installer des vannes de plus grand diamètre).

Comme on le voit sur la Fig. 1, il est recommandé de privilégier l’utilisation de pompes à 1500 tr/min plutôt qu’à 3000 tr/min.