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Technique de pompage Auteur : Pal
Sommaire :
Le but de cette présentation est de fournir autant que possible une explication simple de quelques concepts de pompage. Le but principal est de vous fournir les bases vous permettant de mieux appréhender la problématique de choisir une pompe et d’en anticiper les performances.
Toute pompe est caractérisée par sa courbe de pompage. Cette courbe exprime la relation entre le débit de pompage et la hauteur de refoulement de cette pompe. Ø Le débit exprimé en litre/sec, litre/min, m3/h représente le volume d’eau pompé par unité de temps. Ø La hauteur de refoulement représente la différence de pression générée par la pompe.
La courbe de pompage représente l’ensemble des points de fonctionnement possible de la pompe. Chaque point de fonctionnement correspond à un circuit de pompage ou à une application différente. Par exemple : · Une pompe Eco 16000, fonctionnant au point A, donne un débit d’environ 13.000 litres avec une hauteur de refoulement 1,10 mètre. · La même pompe, au point de fonctionnement B, donne un débit d’environ 7.500 litres avec une hauteur de refoulement 3,10 mètres. En conclusion, le débit d’une pompe chute rapidement lorsqu’on lui demande de fournir une hauteur de refoulement plus importante.
La hauteur de refoulement d’une pompe est le résultat de deux composantes : · Hauteur de refoulement statique : La différence de hauteur entre le niveau d’aspiration et le niveau de refoulement. · Hauteur de refoulement dynamique : Les frottements de l’eau se déplaçant dans la tuyauterie, dans les coudes, dans les vannes... La hauteur de refoulement s’exprime en mètre de colonne d’eau et se note mCE.
Circuit 1 : une pompe immergée refoulant dans un filtre. L’entrée de la conduite de refoulement dans le filtre est noyée.
La hauteur de refoulement statique est la différence de niveau entre le miroir d’eau de l’étang et le miroir d’eau de la première chambre du filtre.
Circuit 2 : une pompe immergée refoulant vers un filtre. La conduite de refoulement est à l’air libre au-dessus du plan d’eau dans le filtre.
La hauteur de refoulement statique est la différence de niveau entre le miroir d’eau de l’étang et le plan de sortie de la conduite de refoulement.
Circuit 3 : une pompe immergée dans la dernière chambre d’un filtre gravitaire refoule au niveau de l’étang.
La hauteur de refoulement statique est la différence de niveau entre le miroir d’eau dans la chambre d’aspiration et le plan de sortie de la conduite de refoulement.
Circuit 4 : une pompe en cave refoule vers un filtre. La conduite d’entrée dans le filtre est noyée.
La hauteur de refoulement statique est la différence de niveau entre le miroir d'eau de l'étang et le miroir d'eau de la première chambre du filtre. Au vu de ces quatre cas de pompages, on comprend aisément que l’on obtiendra la hauteur de refoulement statique la plus basse avec un filtre gravitaire. On peut obtenir une hauteur de refoulement statique réduite en enterrant partiellement le filtre.
Ces quelques exemples démontrent que le bon choix du circuit de pompage est important. Un circuit de pompage ayant une faible hauteur de refoulement statique permettra la sélection d’une pompe de taille inférieure à débit constant. On réalisera ainsi une double économie en réduisant le prix d’achat de la pompe et en économisant chaque année de l’énergie électrique.
La hauteur de refoulement dynamique représente la hauteur de refoulement additionnelle que doit fournir la pompe pour vaincre les frottements de l’eau en mouvement dans le circuit de pompage. Les frottements dans le circuit de pompage dépendent de : Ø De la longueur de la conduite ; Ø Des singularités dans le circuit : vannes, coudes, tes… ; Ø Du matériau de la conduite (rugosité de surface) ; Ø Du débit (plus on va vite, plus on a de frottement). Le calcul des frottements est régi par des lois complexes. On nomme ces frottements dynamique les pertes de charges (perte de pression entre l’entrée et la sortie du circuit).
5.1 Frottement dans les conduites. En pratique, on dispose de tableaux ou courbes donnant pour chaque diamètre de conduite les frottements en fonction du débit. Par exemple : la courbe suivante donne les frottements dans une conduite plastique de diamètre interne de 40,9 mm (PVC, PHD…)
Pour un débit de 6.500 lit/h, les frottements seront de 5 mètres pour une longueur de conduite de 100 mètres. Si le circuit de pompage a une longueur de 15 m, la hauteur de refoulement dynamique sera de 5 m X 15 m /100 m = 0,75 m. Si l’on veut augmenter le débit à 10.000 lit/h en changeant de pompe, celle-ci devra vaincre des frottements égaux à 13 m x 15 m / 100 m = 1,95 m. En annexe, vous trouverez les courbes relatives aux conduites plastique de 15.8 à 77.9 mm de diamètre intérieur.
5.2 Frottement dans les singularités. Les singularités dans le circuit de pompage génèrent des frottements qu’il faut également considérer pour un calcul exact. Le tableau ci-dessous donne les longueurs équivalentes à considérer pour les singularités les plus courantes.
Imaginons un circuit de pompage en conduite de 35.1 mm de diamètre comprenant une vanne à tiroir, deux coudes à 90 degrés et un coude a 45 degrés. On calcule la longueur équivalente de conduite : 0.2 + (2 x 1.2) + 0.5 = 3.1 m. Cette longueur est ajoutée à la longueur de conduite du circuit. Pour certaines singularités tel qu’un UV, un Venturi par exemple, il est difficile de calculer les frottements. Cette valeur, fonction du débit, est en général fournis par le fabriquant.
Nous avons une pièce d’eau de 6.000 litres de capacité. Le propriétaire a acquis un filtre multi chambre ayant une hauteur de débordement de 80 cm. Le filtre est posé au bord de l’étang. Le niveau d’eau dans l’étang est 20 cm plus bas que le niveau du sol entourant l’étang. La tuyauterie entre la pompe et le filtre devrait avoir une longueur de 12 m. Une vanne a tiroir et un coude a 90 degrés seront montés à l’entrée du filtre. Quelle pompe choisir dans la gamme des Aquamax Eco pour un débit effectif de 6.000 litres par heure ? 6.1. Hauteur de refoulement statique. La pompe devra remonter l’eau de 100 cm (20 cm bord étang + 80 cm débordement filtre). 6.2. Hauteur de refoulement dynamique. · L’examen des courbes en annexe montre que l’on doit choisir une conduite de minimum 35,1 mm de diamètre intérieur pour pouvoir véhiculer un débit de 6.000 litres par heure. · Nous allons envisager d’utiliser trois tailles de tuyauteries : 35,1 ; 40,9 et 52,5 mm de diamètre intérieur. · La longueur a prendre en considération sera égale à la longueur de la conduite majorée de la longueur équivalente des singularités (voir tableau en 5.2.) Conduite 35,1 mm : 12 m + 1 x 0,2 + 1 x 1,2 = 13,4 m Conduite 40,9 mm : 12 m + 1 x 0,3 + 1 X 1,2 = 13,5 m Conduite 52,5 mm : 12 m + 1 x 0,5 + 1 x 1,7 = 14,2 m · On extrait des courbes en annexe la hauteur de refoulement dynamique pour une longueur de 100 m et l’on calcule la hauteur à prendre en considération pour les longueurs calculées. Conduite 35,1 mm : 8 m x 13,4 / 100 = 1,0 72 mCE Conduite 40,9 mm : 4 m x 13,5 / 100 = 0,540 mCE Conduite 52,5 mm : 1,5 m x 14,2 / 100 = 0,213 mCE -> On voit ici l’intérêt de prendre une conduite de diamètre plus important. Les frottements dans la conduite de 52,5 mm sont environs cinq fois plus faible que dans la conduite de 35,1 mm. 6.3. Hauteur de refoulement totale. La hauteur de refoulement est la somme des hauteurs statique et dynamique : Conduite 35,1 mm : 1 mCE + 1,072 mCE = 2,072 mCE Conduite 40,9 mm : 1 mCE + 0,540 mCE = 1,504 mCE Conduite 52,5 mm : 1 mCE + 0,213 mCE = 1,213 mCE En reportant les trois hauteurs de refoulement calculées sur les courbes de pompe, on obtient les débits ci-après :
En analysant ces valeurs de débit, on peut émettre les commentaires suivants : -> Eco 6000 ne permet pas l’obtention du débit requis ; -> Eco 8000 + conduite de 52,5 permet l’obtention d’un débit proche de l’objectif ; -> Eco 12000 avec les trois tailles de conduite permet de dépasser l’objectif. Les débits estimés ci-dessus ne sont pas corrects à l’exception du débit de 5600 lit/h pour l’Eco 8000 et une conduite de 52,5 mm. Cette façon de procéder est correcte pour autant que le débit résultant de nos calculs soit proche du débit choisis en début de calcul. Néanmoins, les débits réels seront proches des valeurs réelles.
Pour les puristes, on peut approcher de façon plus précise le débit réel dans un circuit de pompage en traçant la courbe caractéristique du circuit. Cela revient à calculer pour divers débits la hauteur de refoulement dynamique, de placer ces points dans le graphique et de tracer la courbe les reliant. Pour illustration, les courbes du circuit de pompage correspondant aux trois conduites choisies ont été tracées.
Le point de départ de ces courbes avec l’axe des abscisses est donné par la hauteur de refoulement a débit nul qui est égale a la hauteur de refoulement statique. Le point de fonctionnement réel se trouve à l’intersection de la courbe de la pompe et du circuit de pompage. Vous constaterez que les débits réels sont très proches de deux calculés au point 6.3
Pour réduire la hauteur de refoulement statique, on décide d’enterrer le filtre de 60 cm. Les courbes des circuits de pompage se décalent vers la gauche et l’on obtient :
Grâce a cet artifice, la pompe Eco 6000 et une conduite de 52, 5 mm donne un débit de 5000 lit/h au lieu de 4000 lit/h. On obtiendra l’objectif de 6000 lit/h avec la pompe Eco 8000 et une conduite de 40,9 mm. -> Dans chaque configuration pompe et conduite, on a gagné environ 1000 lit/h.
Oase mentionne pour les pompes Eco les consommations électriques suivantes : · Eco 4000 : 50 W · Eco 6000 : 60 W · Eco 8000 : 80 W · Eco 12000 : 130 W · Eco 16000 : 270 W Ces valeurs sont des valeurs moyennes. En réalité, la consommation d’une pompe varie en fonction de la hauteur de refoulement et du débit de pompage. La consommation d’une saison aquatique de 7 mois (filtration a l’arrêt en hivers), sera de : · Eco 4000 : 50 W x 24 h x 30 j/mois x 7 mois / 1000 = 252 kWh · Eco 6000 : 302,4 kWh · Eco 8000 : 403,2 kWh · Eco 12000 : 655,2 kWh · Eco 16000 : 1360,8 kWh L’optimisation du circuit de pompage en augmentant la taille de la tuyauterie ou en réduisant la hauteur de refoulement statique permettra l’utilisation d’une pompe de taille inférieure et résultera en une économie confortable d’énergie électrique.
- Bien définir le débit souhaité en fonction du volume de la pièce d’eau :
- Pomper à une extrémité de la pièce d’eau et rejeter à l’autre extrémité pour créer un courant dans la pièce d’eau. - Essayer d’implanter un filtre gravitaire pour optimiser la hauteur de refoulement. - Envisager un enterrement partiel du filtre pour limiter la hauteur de refoulement. Prévoir néanmoins la sortie du filtre suffisamment haute par rapport au plan d’eau pour permettre un retour gravitaire. - Choisir le plus grand diamètre possible pour la conduite du circuit de pompage. Essayez d’être dans la partie gauche des courbes de perte de charges (< 5 m CE / 100 m conduite).Cela revient a limiter le débit en conduite a : Diam 15,8 -> 500 l/h Diam 40,9 -> 6500 l/h Diam 20,9 -> 1100 l/h Diam 52,5 -> 12000 l/h Diam 26,6 -> 2100 l/h Diam 62,7 -> 19000 l/h Diam 35,1 -> 4250 l/h Diam 77,9 -> 35000 l/h Par exemple, pour un débit de 9000 lit/h : Option 1 : 1 x 52,5 -> 3 mCE/100m -> idéal Option 2 : 1 x 40,9 -> 10 mCE/100m -> trop élevé Option 3 : 2 x 35,1 -> 6 mCE/100m -> acceptable Ces courbes ont été tracées sur base de données provenant de « Engineeringtoolbox.com ».
N'hésitez pas à communiquer vos découvertes et expériences via le forum ou en contactant l'équipe Aquajardin.
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