Mise en rotation du fluide

Le principe de base des pompes centrifuges repose sur la mise en rotation du fluide à pomper en le faisant circuler dans une roue tournant à une vitesse plus ou moins élevée (w, en tr.mn^-1).

Le fluide est admis au centre de la roue avec une pression dite pression d'aspiration. Lors de sa mise en rotation et de son déplacement vers la périphérie de la roue, sa vitesse et son énergie cinétique augmentent. La pression dynamique qui en résulte augmente donc également d'un terme du type rv²/2.

A la périphérie de la roue, le fluide est canalisé vers la tuyauterie de refoulement par le biais d'une volute, et son ralentissement transforme une partie de la pression dynamique acquise (Pd=rv²/2) en pression statique (Ps, en pascal).

Certaines pompes disposent en plus d'un diffuseur, dont le but est de diriger les veines fluides vers la volute en minimisant les pertes de charge.

Pour être caractéristique de la pompe et indépendant du fluide pompé, le gain de pression dynamique fourni par la pompe centrifuge (Pd=rv²/2) est en général exprimé en hauteur de fluide (mCL pour mètre de colonne de liquide) et nommé HMT pour Hauteur Manométrique Totale. Son expression est fonction du terme v²/2g.

En considérant de façon grossière que la vitesse du fluide en sortie de roue est égale à la vitesse périphérique de la roue, la HMT peut alors être estimée grossièrement par le terme (2 p R w)² /2g .

Exemple d'estimation de la HMT d'une pompe centrifuge

Soit une roue tournant à w=3000 tr.mn^-1, et de diamètre R=100mm.

La vitesse périphérique de la roue est donnée par v = 2 p R w = 2x3.14x0.100x3000/60 = 31,4 m.s^-1.

En supposant que le fluide quitte la roue avec cette vitesse, son gain de pression dynamique est DPd = rv²/2, il dépend donc de r. En le traduisant sous forme de HMT, on peut écrire:

HMT = v²/2g = 31,4 ² /(2x9.81) = 50 mCL.

Bien évidement, ce calcul de HMT est très théorique et en réalité, de nombreux phénomènes viennent réduire cette HMT. On peut citer:

• la différence entre vitesse du fluide en sortie de roue et la vitesse périphérique
• les pertes de charges entre l'aspiration et l'entrée de la roue
• les pertes de charge par frottement dans la roue
• les pertes de charges dans le diffuseur et la volute
• la non transformation d'une partie de la pression dynamique acquise en pression statique
• la recirculation d'une partie du débit en sortie de roue vers l'aspiration
• etc...

Analogies HMT - diamètre de roue - vitesse de rotation

On peut déduire de l'expression de la HMT théorique qu'elle varie avec le carré du rayon et le carré de la vitesse de rotation.

Ainsi, pour des caractéristiques connues en un point HMT₁ et Qv₁ pour un diamètre D₁ et une vitesse de rotation w₁, on peut estimer les caractéristiques pour un diamètre de roue D₂ et/ou une vitesse de rotation w₂ par:

Qv₁ /Qv₂ = w₁D₁² / w₂D₂² et HMT₁/ HMT₁= (w₁D₁)² / ( w₂D₂)².