explications - Pompes et machines hydraulique

[Cyrol]

Bonjour à tous,

Je me trouve dans une situations un peu delicate, je me rends compte que je ne sais pas vraiment a quoi correspond PHYSIQUEMENTet CONCRETEMENT le NPSH requis et disponible sur un pompe qqconque.

Dans ma tête, le NPSH d'une installation hydraulique sert à quantifier la charge minimum au dessous de laquelle le phénomene de cavitation commence à apparaitre.

La cavitation se produit lorsque le fluide a l'entrée de la pompe voit sa pression passer au dessous de la pression de vapeur saturante, et qu'il y a ainsi formation de petites bulles de vapeur qui vont provoquer des chocs a la sortie des aubages.

Pour eviter ce phenomene, on calcule le NPSH qui represente la charge minimum a atteindre pour que le fluide ne passe pas au dessous de cette pression de vapeur saturante.

Je ne comprends pas le lien entre cette explication et la formule qui permet de calculer le NPSH :
NPSH = ha - hpva + hst - hfs
ha = pression atmospherique
hpva = pression de vapeur saturante
hst = hauteur geometrique entre niveau d'eau et niveau de reference
hfs = perte de charge

Toutes les pressions sont en mCE ...
Certe le terme hpva apparait mais il est accompagné d'autre termes, je ne vois pas ce que viennent faire les autres (ha ? hst ?????). N'y a t-il pas une autre formule faisant intervenir la pression amont et aval ?

Aussi, en terme de perte de charge, un montage avec pompe qui aspire dans une cuve à vide (-0,7 Bars relatif) et qui doit refouler à la même hauteur dans l'atmosphère, est-il equivalent à un montage avec une pompe qui aspire dans un reservoir ouvert (P = Patm) situé 7 m au dessous ??

Dans ce meme cas, avec une perte de charge totale de 20 m (par exemple), à 20°C, une hauteur géometrique de 3 m, le calcul du NPSHdisponible donne quoi ?
NPSH = 10,12 - ?? + 3 - 20 ???

Je débute dans le metier donc si qq'un peut m'aider en m'apportant des precisions .... ou plus simplement en rectifiant les conneries que j'écris, désolé si je choque les érudits,

D'avance merci,

Cyrol

[papykiwi]

Bonjour Cyrol
Bienvenue sur le forum.

Je vais tâcher de répondre à tes questions

Toutes les pressions sont en mCE ...

Tout d'abord il faut raisonner en "mcl" (mètres de colonne de liquide) et en pressions absolues. La pression est égale à la hauteur manométrique multipliée par la masse volumique du liquide (ou, pour aller plus vite, par sa densité puisque celle de l'eau est égale à 1 dans les conditions "normales")

a quoi correspond PHYSIQUEMENTet CONCRETEMENT le NPSH requis et disponible sur un pompe qqconque

NPSH c'est: Net Positive Suction Head. C'est une valeur toujours positive sinon le pompage est impossible
Le NPSH requis (NPSHr) correspond physiquement et concrètement à la perte de charge (donc une hauteur de liquide) à l'entrée de la pompe. C'est une donnée constructeur qui tient compte de la vitesse spécifique d'aspiration, des frottements liquide/métal, des changements de direction de la veine liquide….etc.

Je ne comprends pas le lien entre cette explication et la formule qui permet de calculer le NPSH

Le calcul est celui du NPSHa ("available" ou "disponible"). C'est celui de l'installation.

ha = pression atmospherique. Non; pression absolue à la surface du liquide convertie en "mcl". Signe algébrique "+"
hpva = pression de vapeur saturante à la température de pompage. Signe algébrique "-"
hst = hauteur geometrique entre niveau de la surface libre du liquide et niveau de reference . Signe algébrique "+" si le niveau liquide est au dessus du niveau référence; "-" dans le cas contraire.
hfs = perte de charge entre l'entrée de la ligne d'aspiration et l'entrée de la pompe. Signe algébrique "-"

Le NPSHa est égal à la somme algébrique de ces quatre termes.
Ceci est exact dans le cas d'une pompe centrifuge.
Dans le cas d'une pompe alternative (piston ou plongeur) il faut ajouter la hauteur due à l'accélération variable qui passe périodiquement par "0" et un "maxi" (Acceleration head). Signe algébrique "-"

La cavitation se produit lorsque le fluide a l'entrée de la pompe voit sa pression passer au dessous de la pression de vapeur saturante, et qu'il y a ainsi formation de petites bulles de vapeur qui vont provoquer des chocs a la sortie des aubages.

Le même phénomène se produit lorsqu'on pompe du liquide avec des gaz en solution (limonade, sodas, par exemple mais bien d'autres aussi) et que la pression à l'aspiration est inférieure à la pression de dégazage du liquide tout en étant toujours supérieure à la tension de vapeur de ce liquide.

Pour eviter ce phenomene, on calcule le NPSH qui represente la charge minimum a atteindre pour que le fluide ne passe pas au dessous de cette pression de vapeur saturante. Ou de la pression de dégazage qui vient dans le cas d'un liquide "bullant" en remplacement de "hpva" dans la formule.

Exact. Et la "règle" veut que la différence NPSHa – NPSHr soit:
≥ 2' en standard API
≥ 0.6m (souvent ramené à 0.5m) en standard ISO
Pour être certain de ne pas caviter après un certain nombre d'heures de fonctionnement à cause de l'augmentation de la perte de charge à l'aspiration par incrustation des tuyaux et de l'usure de la pompe qui augmente le NPSHr.

Aussi, en terme de perte de charge, un montage avec pompe qui aspire dans une cuve à vide (-0,7 Bars relatif) et qui doit refouler à la même hauteur dans l'atmosphère, est-il equivalent à un montage avec une pompe qui aspire dans un reservoir ouvert (P = Patm) situé 7 m au dessous ??

Non !.
Cuve à vide: Pression absolue = ~0.3 Bara à la surface libre du liquide
Réservoir au dessous: Pression absolue = ~1 Bara à la surface libre du liquide

Dans ce meme cas, avec une perte de charge totale de disons 2m, ce sera plus vraisemblable que 20 avec 3m de hst (par exemple), à 20°C, une hauteur géometrique de 3 m, le calcul du NPSHdisponible donne quoi ?
NPSH = 10,12 - ?? + 3 - 20 ???

Supposons, pour exemple, avec de l'eau, en arrondissant et en suivant la formule de calcul donnée plus haut:
ha_r = pression réservoir = +0.3bara = 3m
ha_a = pression atmosphérique = +1bara = 10m
hpva = pression de vapeur saturante = -0.023 bara = -0.23m
hst = hauteur géométrique entre niveau d'eau et niveau de référence = +3m
hfs = perte de charge = -20 mètres

Cas du réservoir sous vide
NPSHa = +3 + (-0.23) + (+3) + (-2) = 3.77m
Cas du réservoir atmosphérique
NPSHa = +10 + (-0.23) + (+3) + (-2) = 10.77m

Je débute dans le metier donc si qq'un peut m'aider en m'apportant des precisions .... ou plus simplement en rectifiant les conneries que j'écris, désolé si je choque les érudits,

Pas de problème. Demander pour comprendre est une démarche normale. Et on a tous débuté un jour. Il n'y a pas de "conneries", seulement certaines confusions.
Tu peux toujours demander d'autres précisions si ce n'est pas assez clair.

A bientôt.

[Zozo_MP]

Envoyé par papykiwi

Tu peux toujours demander d'autres précisions si ce n'est pas assez clair.

A bientôt.

Bonsoir Maître Papykiwi

Je n'avais jamais entendu parlé du BARA comme unité de mesure.

Pouvez vous m'éclairer sans me mettre la pression.

Cordialement

[centaurus]

Envoyé par Zozo_MP

Bonsoir Maître Papykiwi

Je n'avais jamais entendu parlé du BARA comme unité de mesure.

Pouvez vous m'éclairer sans me mettre la pression.

Cordialement

Salut ZOZO, il a juste fait une erreur de frappe il faut lire Bar et non bara.

[centaurus]

Envoyé par centaurus

Salut ZOZO, il a juste fait une erreur de frappe il faut lire Bar et non bara.

Je viens de lire tes explications papykiwi, je pense qu'on ne pouvez pas expliquer mieux. Mes salutations les plus respectueuses.

[papykiwi]

Bonjour à tous
Réponse à Zozo sur:

Je n'avais jamais entendu parlé du BARA comme unité de mesure.

Lorsqu'on rédige des spécifications ou que l'on effectue des calculs de process on écrit:
"Bara" (et non pas BARA) pour "Bar absolu" {pression absolue}.
"Barg" pour "Bar gauge" {pression relative ou "lue au manomètre"}.
"Bar" (sans lettre suffixe) dans le cas d'une différence de pressions si cela ne prête pas à confusion.
Ceci afin d'éviter les erreurs d'interprétation car quoiqu'on en pense "dans les milieux bien informés", les notions de pression relative et de pression absolue ne sont pas comprises par tous les clients ni par tous les "professionnels".
Oui je reconnais qu'il s'agit de "jargon".
(Définition tirée du dictionnaire Hachette: "Vocabulaire particulier aux personnes exerçant le même métier, la même activité, et que le profane a peine à comprendre.")
Bonne journée.

[Cyrol]

Bonjour Papykiwi,
Bonjour tout le monde,

Merci de m'avoir répondu aussi rapidement et aussi precisément.
Quelques interrogations encore :

"Tout d'abord il faut raisonner en "mcl" (mètres de colonne de liquide) et en pressions absolues. La pression est égale à la hauteur manométrique multipliée par la masse volumique du liquide (ou, pour aller plus vite, par sa densité puisque celle de l'eau est égale à 1 dans les conditions "normales")"

N'y-a-t-il pas un g dans la formule ? P = rho g H ?
Ou alors le g est compris dans la hauteur manometrique ??

"Cas du réservoir sous vide
NPSHa = +3 + (-0.23) + (+3) + (-2) = 3.77m
Cas du réservoir atmosphérique
NPSHa = +10 + (-0.23) + (+3) + (-2) = 10.77m"

Pour le même montage, le NPSH est mois important que pour un reservoir atmospherique, ce qui signifie que si l'on veut installer ces deux montages, il faudra choisir une pompe plus "gourmande" si le reservoir est a l'air libre ??? Portant le vide crée une force 'opposée' à celle de la pompe, il a tendance à aspirer l'eau de la cuve, dons les colonnes d'eau necessaires devrait être plus importante que dans l'autre cas... ??

...


Aussi, en cherchant dans des tables, j'ai trouvé des valeur de viscosité (cinematique) pour l'eau et l'air à 20 °C.
J'ai trouvé :
eau : nu = 0,102 .10^(-5)
air : nu = 1,5 . 10 ^(-5)
Donc l'eau est moins visceuse que l'air à 20 °C ??????
Est ce qu'il faut que je change de boulot ??

Encore merci pour tes explications,

Cyrol

[papykiwi]

Bonjour Cyrol
Des réponses à tes questions:

"N'y-a-t-il pas un g dans la formule ? P = rho g H ? Ou alors le g est compris dans la hauteur manometrique ??"

En toute rigueur, oui, il faut faire intervenir "g". Je l'ai volontairement négligé pour faire comprendre que la HMT est une caractéristique et une constante de telle pompe centrifuge tournant à telle vitesse et que la pression obtenue est une fonction de la densité du liquide pompé.
Pour obtenir la pression en bars (barg lus sur le manomètre) car c'est l'unité usuelle (99% des manomètres du commerce sont gradués en bars), il faut faire:

HMT*Rho/g..

(1bar =10^5 Pa)

Pour le même montage, le NPSH est mois important que pour un reservoir atmospherique, ce qui signifie que si l'on veut installer ces deux montages, il faudra choisir une pompe plus "gourmande" si le reservoir est a l'air libre ???

Non, c'est une mauvaise interprétation. Il n'y a pas de pompe "gourmande"
Le NPSHa que l'on calcule doit être supérieur au NPSHr (donnée constructeur) de la pompe au point de fonctionnement choisi.
Pour fabriquer une pompe à bas NPSHr il faut utiliser des technologies et techniques particulières .
Une pompe centrifuge "classique" a en général un NPSHr >= à 5m.Donc elle ne conviendra pas dans le cas de notre réservoir sous vide.
Il existe des pompes à bas NPSHr dans le commerce et on arrive à descendre jusqu'à 0.20m (cas particuliers) avec la technologie de la pompe à canal latéral.Le prix d'achat de ces pompes croît énormément au fur et à mesure que le NPSHr baisse.
Une pompe ayant un NPSHr de 1m fonctionnera parfaitement dans nos deux cas de figure.
Une pompe ayant un NPSHr de 7m (pas rare) fonctionnera bien dans le cas du réservoir atmosphérique mais pas dans le cas du réservoir sous vide.

Aussi, en cherchant dans des tables, j'ai trouvé des valeur de viscosité (cinematique) pour l'eau et l'air à 20 °C.
J'ai trouvé :
eau : nu = 0,102 .10^(-5)
air : nu = 1,5 . 10 ^(-5)
Donc l'eau est moins visqueuse que l'air à 20 °C ??

Oui; c'est un fait; où est le problème?
http://wwwold.ecole-navale.fr/fr/ire...esume_2005.pdf
La viscosité cinématique c'est la viscosité dynamique divisée par la masse volumique. Donc, intuitivement, celle de l'air est plus grande.
Par contre l'eau à 20°C est considérée comme incompressible (sans faire une grosse erreur). Ce n'est pas le cas de l'air dont la masse volumique change en fonction de la pression (même quantité d'air dans un volume variable). Donc si sa viscosité dynamique est une constante, sa viscosité cinématique, elle, varie en fonction de la pression.
Pas la peine de changer de boulot !!!

A bientôt.

[Zozo_MP]

Envoyé par papykiwi

"Bara" pour "Bar absolu" {pression absolue}.
"Barg" pour "Bar gauge" {pression relative ou "lue au manomètre"}.
"Bar" (sans lettre suffixe) dans le cas d'une différence de pressions si cela ne prête pas à confusion.
.

Bonjour Papikiwi

C'est très bien de faire cette distinction car sur des installations complexes ou coûteuses il vaut mieux éviter les malentendus et donc des résultats qui peuvent être en décalage par rapport aux attentes.

On notera d'ailleurs le tapoti plus ou moins vif, fait par les mécanos, pour vérifier que l'aiguille du mano n'est pas coincé et que le Barg et bien à la bonne valeur.

Comme disait De Gaulle la mano en la mano viva mexico

Donc viva papykiwi et encore merci de nous faire partager ton savoir.

Cordialement

[Cyrol]

Re Papykiwi, re les autres,

Pour mon pb de viscosité, je m'apercois effectivement que la viscosité cinematique de l'air est plus elevée que celle de l'eau parce que l'on fait le rapport par la masse volumique ... merci.

Je me permets de te demander deux autres conseils :

1. Lorsque l'on veut calculer les pertes de charge à l'aspiration et au refoulement d'une pompe à vide, peut on prendre un coefficient de perte de charge issu de la formule de Colebrook en changeant la viscosité (remplaçant celle de l'eau par l'air), ou doit on prendre des abaques d'aeraulique (voire une formule speciale pour l'air).

J'ai cherché (sans succès) une formule specifique pour calculer ce coefficient de perte de charge dans le cas de l'air ... d'autre part, les resultats obtenus avec colebrook ne semblent pas au premier abord corrects (perte de charge trop importantes). Qu'en penses tu ?

2. Dans le cas d'une cuve à vide à 10,33 - 7 = 3,33 Bars, si l'axe de la pompe se trouve à 50 cm plus bas que le niveau de l'eau (dans la cuve), et assez proche de cette même cuve pour que l'on puisse negliger les perte de charge linéaire, le calcul du NPSH donne :
NPSHa = 3,33 + 0,5 - 0,23 (pression vaporisation à 20°C) - dH (= pertes de charge singulière en presence d'un coude + une reduction + un piquage)
soit NPSHa = 3,6 - dH
On doit donc choisir un pompe ayant un NPSHr = 3,6 - dH - 0,6 = 3 - dH

Afin d'optmiser le diamètre de la canalisation d'apsiration, doit-on fixer un NPSHr minimum -si oui quelle valeur prendre ? - ou des pertes de charge maxi - idem ?

A bientôt j'espere,

Cyrol

PS : T'as raison, je vais garder mon boulot !

[papykiwi]

Re bonjour Cyrol

Je ne sais pas répondre car je ne comprends pas la question posée.

1/

Lorsque l'on veut calculer les pertes de charge à l'aspiration et au refoulement d'une pompe à vide,

Que vient faire le refoulement s'il s'agit d'une pompe à vide?
Le "jeu" consiste à sortir l'air (ou tout autre gaz) présent dans une enceinte fermée (si elle n'est pas fermée, pas de vide possible).
Depuis quelques jours nous discutons de pompes centrifuges. En aucun cas on ne peut se servir d'une pompe centrifuge comme pompe à vide. Cela correspondrait à essayer de vider un seau d'eau avec une écumoire.
Une pompe à vide est une machine très particulière.
Quant aux pertes de charge, une fois la "valeur de vide" voulue atteinte, il n'y a plus de circulation d'air (ou de gaz) donc plus de pertes de charge puisqu'elles sont causées par la vitesse de circulation qui devient égale à "0".
2/

Dans le cas d'une cuve à vide à 10,33 - 7 = 3,33 Bars,

Qu'il s'agisse de bara ou de barg, dans tous les cas 3.33 ne peut pas être une valeur de vide. Le vide en "bara" c'est entre "0" et "1"; en barg c'est entre "0" et "-1"
D'autre part:

NPSHa = 3,33 + 0,5 - 0,23 (pression vaporisation à 20°C) - dH (= pertes de charge singulière en presence d'un coude + une reduction + un piquage)
soit NPSHa = 3,6 - dH

Il me semble avoir expliqué qu'un NPSH (r ou a) s'exprime en mètres de colonne de liquide. Que viennent faire des bars là dedans. Il ne me viendrait jamais à l'idée de mesurer la distance Paris-Marseille en litres, même s'il peut y avoir une correspondance entre centaines de km parcourus et litres d'essence consommés par exemple (Il est vrai que je ne suis plus jeune et que je n'ai jamais fait l'ENA).

S'il te plait, pose ton problème clairement:
Ce que je veux faire
Pression au départ - Pression en finale
Fluide (s) véhiculé (s) et quantité (s)
Un petit schéma avec des cotes serait aussi le bienvenu.
Et je pense qu'alors on pourra lui trouver sa solution.

A bientôt

[Fabien_R]

Bonjour,

Existe-il une grande variabilité des NPSHR pour un meme type de pompes suivant les constructeurs? Si oui existe-t-il des ordres de grandeur pour une pompe centrifuge (centrifugal pumps) (la pompe debite 137 m3/h à 14mCe). Je n'ai pas réussi à trouver ces ordres de grandeur (sauf pour des pompes axiales).

Je dois dimensionner cette pompe, sans connaitre le NPSHR. Cette pompe aspire dans un réservoir dont le niveau est fixé de telle sorte à avoir à NPSHA = NPSHR + 0,5. Je n'ai pas de problème pour la HMT en sortie, en revanche sans le NPSHR, je ne peux évaluer précisément le niveau minimal du réservoir à choisir.

Merci d'avance.

[papykiwi]

Bonsoir Fabien-R

Existe-il une grande variabilité des NPSHR pour un meme type de pompes suivant les constructeurs?

etc. etc. La réponse est "oui". Tout dépend du type de la roue et de la vitesse spécifique d'aspiration.
Envoie moi une adresse mail par MP et en retour je te ferai parvenir mon outil qui permet de dégrossir le NPSHr.
A bientôt

[tdm]

Bonjour,

Merci pour toutes ces explications, en lisant j'arrivais à la conclusion suivante un peu rapidement
"Cas du réservoir sous vide
NPSHa = +3 + (-0.23) + (+3) + (-2) = 3.77m
Cas du réservoir atmosphérique situé à meme hauteur
NPSHa = +10 + (-0.23) + (+3) + (-2) = 10.77m"
Cas du réservoir atmosphérique situé 7m plus bas
NPSHa = +10 + (-0.23) + (+3-7) + (-2) = 3.77m"

Ce 3ème cas est-il idiot? Merci de m'éclairer et merci encore pour votre participation

[papykiwi]

Bonjour

Envoyé par tdm

Ce 3ème cas est-il idiot?

Non ce n'est pas idiot
Prenons pour exemple la pompe à balancier qui se trouvait dans la cour de la ferme du grand-père (ou de l'oncle ou de M.le maire ou de tout autre fermier).
Pour "tirer" l'eau du puits (7m plus bas), il fallait créer dans le tube d'aspiration, au moyen du piston de la pompe, une dépression équivalente à 7mce afin que l'eau coule par le déversoir (on néglige volontairement le rendement et la perte hydraulique des clapets).
Que le réservoir soit sous un vide relatif équivalent à 7mce ou que le réservoir soit à la pression atmosphérique avec son niveau 7m plus bas que celui de la pompe, la situation est identique pour la pompe.

A+