Comment réaliser correctement une installation ?

6- Les Conseils
Comment réaliser
correctement une installation ?
• Lois de débit et de pression
• Les pièges à éviter
Lois de débit et de pression d'une
pompe doseuse
La pompe doseuse est une pompe alternative à
réglage continu du débit en fonctionnement ou à
l’arrêt. Il est donc essentiel de différencier la pompe
doseuse d’une pompe de type centrifuge. Ici le débit y est pulsé, on distingue la phase d’aspiration de
celle de refoulement. L’allure de la courbe du débit
d’une pompe simplex, à simple effet, est donnée
ci-dessous. On note que le débit instantané maximum atteint 3.14 fois le débit moyen !
• Les calculs NPSH
• Bonnes et mauvaises installations
Les pièges à éviter
Une bonne installation de dosage est celle qui
permet de s’affranchir des problèmes liés aux effets
d’inertie et à leurs conséquences afin d’obtenir le
débit souhaité à la pression de service.
• Cavitation
Elle peut apparaître en début de phase d’aspiration
lorsque la dépression nécessaire à la mise en
mouvement de la colonne fluide est trop importante.
Toute cavitation affecte la précision du pompage et
peut conduire à des détériorations, des vibrations
ou des bruits inacceptables. Les risques de cavitation sont mis en évidence par les calculs de NPSH
décrits ci-après.
• Surdébits
La loi de débit ainsi que les caractéristiques géométriques de l’installation de pompage conditionnent
une loi de pression qui peut être résumée comme
suit :
• Phase d'aspiration
Début - Accélération maximum :
La pompe engendre une dépression du fait de
l’inertie de la colonne liquide qu’il faut mettre en
mouvement .
Milieu - Accélération nulle :
Le fluide est lancé. A ce moment, les frottements
visqueux sont maximum.
Fin - Décélération maximum :
La colonne fluide doit être freinée, son inertie crée
une surpression relative à l’entrée de la pompe.
• Phase de refoulement
Début - Accélération maximum :
La pompe engendre une surpression qui doit vaincre l’inertie de la colonne liquide à mettre en
mouvement.
Milieu - Accélération nulle :
Le fluide est lancé. A ce moment les frottements
visqueux sont maximum.
Fin - Décélération maximum :
La colonne fluide doit être freinée, son inertie crée
une dépression relative au refoulement de la pompe.
Ils peuvent apparaître à l’aspiration et au refoulement du fait de l’inertie des colonnes fluides.
- En fin de phase aspiration :
Lorsque la pression dynamique à l’entrée de la
pompe excède la pression statique à sa sortie.
- En fin de phase refoulement :
Lorsque la pression dynamique à la sortie de la
pompe est inférieure à la pression statique à l’entrée
de celle-ci.
• Surcharge
Elle peut apparaître en début de phase de refoulement lorsque la pompe doit engendrer une
surpression afin de «pousser» la colonne fluide. La
surpression doit être compatible avec la pression
maximum autorisée sous peine de rupture (pompe,
tuyauterie, accessoires), de blocage du moteur,
d’ouverture de soupape de sécurité...
• Autres pièges
En complément, une bonne installation est aussi
celle qui permet un dosage fiable et précis, une
durée de vie prolongée du matériel. Elle doit donc
prendre en compte les risques de désamorçage ou
de siphonnage à l’arrêt par exemple, et intégrer, si
nécessaire les dispositifs de rinçage, amortisseurs
de pulsations...
Les calculs NPSH (cas des fluides non
visqueux)
Le terme "NPSH" vient de l’anglais "Net Positive
Suction Head" et traduit l’énergie hydraulique disponible du fluide. Les calculs, développés ici,
correspondent au cas général de fluides non visqueux. Au-delà de 50 centipoises, la combinaison
des pertes par frottement visqueux et des effets
d’inerties rend les calculs plus compliqués; il sera
alors préférable de consulter votre interlocuteur
DOSAPRO MILTON ROY habituel.
• NPSH statique disponible (NPSHd)
Il représente l’énergie disponible au niveau de la
bâche d’aspiration, et se calcule comme suit :
10.2
NPSH d =
(P - Tv) ± H
W
NPSH d exprimé en mètre de colonne liquide (m.c.l.)
avec :
W : densité du fluide à la température de dosage.
P : pression (bar absolu) dans la bâche d’aspiration.
Tv : tension de vapeur (bar absolu) du fluide à la
température de dosage.
H : hauteur géométrique d’aspiration (m)
La valeur de H est mesurée entre le niveau le plus
bas dans la bâche d’aspiration et la position de la
bride d’aspiration de la pompe. On considère + H
lorsque la pompe est dite «en charge» et - H lorsque
la pompe est dite «en aspiration».
• NPSH requis (NPSHr)
Il est usuellement admis d’ajouter les pertes de
charge en ligne au NPSH requis interne de la pompe.
On peut également déduire les pertes en ligne du
NPSH statique disponible.
NPSH requis interne :
Le NPSH requis interne d’une pompe doseuse est
généralement négligeable dans le cas de fluides
non visqueux.
Effets d’inertie (∆ H) :
Les pertes par inertie sont prépondérantes. On peut
donc considérer : NPSH r = ∆ H
La formule ci-après donne la valeur maximum de la
dépression engendrée par la pompe en début de
phase d’aspiration :
∆ H = 0.016
LQN
d2
∆ H exprimé en mètre de colonne liquide (m.c.l.)
avec :
L : longueur de la tuyauterie d’aspiration (m)
Q : débit nominal maximum de la pompe (l/h)
N : cadence nominale de dosage (cps/mn)
d : diamètre intérieur de la tuyauterie d’aspiration
(mm).
• Vérification NPSH
Une installation est jugée bonne vis à vis du critère
NPSH si le NPSHd est supérieur au NPSHr. Compte
tenu du caractère particulier des pompes doseuses,
une sécurité égale à 2 m.c.l. est généralement
retenue.
On vérifiera que :
NPSH d
> ∆ H + 2 mcl
Conseils d'installation - Importance des
accessoires
• Tuyauterie d’aspiration
Une tuyauterie d’aspiration courte et de gros diamètre, limitant les coudes et évitant les cols de cygne
favorise les conditions d’aspiration.
- CLAPET DE PIED - CRÉPINE
Indispensable dès que la pompe est installée "en
aspiration", il minimise les risques de désamorçage
et est muni d’un élément filtrant.
- FILTRE
Impératif lorsque la pompe est installée "en charge",
il évite l’accumulation de particules solides dans les
boîtes à clapet et en garantit ainsi la précision et la
longévité.
• Tuyauterie de refoulement
La tuyauterie de refoulement devra être la plus
directe possible. Son dimensionnement et celui des
accessoires seront déterminés en fonction des
conditions de service.
- CANNE D’INJECTION
Montée au point d’injection, elle joue le rôle d’un
clapet anti-retour. Elle crée d’autre part une contrepression artificielle évitant le siphonnage éventuel.
- SOUPAPE DE RETENUE (clapet taré ou de
contre-pression) : Elle crée une contre pression
artificielle que l’on réglera afin d’éviter tout surdébit
- SOUPAPE DE SÉCURITÉ
Placée sur le circuit de refoulement, elle protège la
pompe doseuse, la tuyauterie et les accessoires en
cas de surpressions accidentelles (ex : fermeture
de vanne).
- BALLON AMORTISSEUR
Dispositif à réserve de gaz compressible, il amortit
les pulsations de débit et de pression naturellement
engendrées par la pompe doseuse. Il est nécessaire sur les tuyauteries de refoulement de grande
longueur et pour les cadences élevées de pompage. Il exige une contrepression minimum de l’ordre
de 1 bar (relatif), et doit être placé le plus près
possible de la pompe.
• De grandes longueurs de tuyauterie nécessitent la
mise en place de systèmes amortisseurs (cheminée
d’équilibrage, ballon amortisseur ...). La soupape de
retenue crée une contrepression artificielle de 1 bar
mini ; elle n’est pas nécessaire si la pression naturelle est supérieure. L'
Schémas types de bonnes installations
• La pompe, "en aspiration" au dessus du bac est
équipée d’un clapet de pied (amorçage). Les tuyauteries sont courtes tant à l’aspiration qu’au refoulement;
l’aspiration est verticale et d’un diamètre au moins
égal au diamètre nominal de la pompe. La canne
d’injection isole la pompe et le réactif du fluide
principal.
L
• Siphonnage naturel évité grâce à la soupape de
retenue dont le tarage doit être ajusté en vue de
contenir le différentiel de pression. La pompe est dite
«en charge» et il est bon de prévoir une vanne sur
l’aspiration, ainsi qu’un filtre.
• La canne d’injection (ou la soupape de retenue) crée
une contrepression artificielle garantissant la précision du dosage.
• Une pompe de cadence nominale élevée (supérieure
à 140 cps/mn) nécessite bien souvent la mise en place
d’un ballon amortisseur au refoulement (et éventuellement, d’une soupape de retenue), dès lors que la
longueur de tuyauterie dépasse 10 m. Prévoir impérativement une tuyauterie d’aspiration la plus courte
possible.
• Pompage sous pression (gaz liquéfié par exemple)
avec soupape de retenue pour éviter le siphonnage
naturel.
• Conduite d’aspiration trop longue, hauteur d’aspiration trop grande.
• Risque de siphonnage
Remède :
- Utiliser une soupape de retenue, les clapets antiretour de la pompe ne peuvent éviter seuls le
siphonnage.
Remèdes :
- Prévoir la longueur de tuyauterie plutôt au refoulement (déplacer la pompe si nécessaire).
- Augmenter le diamètre de la tuyauterie.
• Risques d’accumulation de gaz (col de cygne) et de
désamorçage.
Remèdes :
- Piquage au fond du bac (utiliser un filtre) .
ou
- Aspiration verticale au dessus du bac à travers un
clapet de pied.
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• Ballon amortisseur inefficace
Remède :
- Inverser les positions relatives du ballon amortisseur et de la soupape de retenue.
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Schémas types de mauvaises
installations