Calcul de la hauteur totale de la charge

Calculs de hauteur totale de charge

• Présentation sur les calculs de hauteur totale de charge explorant les fondements régissant la pression et la hauteur dans les systèmes de pompage.
• L'accent est mis sur les formules et applications pratiques pour calculer correctement les hauteurs de charge.
• L'étude permet de comprendre les différentes hauteurs de charge dans les installations.

Relation entre pression et hauteur de liquide

• La pression au fond d'un réservoir est liée à la hauteur du liquide.
• La pression équivaut à la hauteur du liquide multipliée par sa densité et par l'accélération gravitationnelle.
• La relation fondamentale est exprimée par la formule P = hpg.
• h est la hauteur du liquide en mètres, p est la densité en kg/m³, et g est l'accélération due à la pesanteur (9,81 m/s² ou 9,81 N/kg).
• La pression (P) est mesurée en N/m² ou Pascal (Pa).
• La hauteur (h) est mesurée en mètres (m).
• La densité (p) est mesurée en kg/m³.
• La pesanteur (g) est de 9,81 m/s² ou 9,81 N/kg.

Hauteur équivalente et ses applications

• La hauteur équivalente est la hauteur du liquide qui produit une pression donnée.
• La hauteur équivalente est déterminée en réarrangeant la formule P = hpg pour obtenir h = P/(pg).
• La transformation est utile pour exprimer la pression en termes de hauteur de colonne de liquide.
• Pour l'eau à 4°C, une colonne de 1 mètre exerce une pression de 9,81 kPa.
• 1 kPa équivaut à 0,102 mètre de hauteur d'eau à 4°C.
• La relation change avec la température car la densité de l'eau change.
• La formule est h = P/(pg) où h est la hauteur, P est la pression, p est la densité et g est l'accélération gravitationnelle.

Calcul de hauteur équivalente pour différents liquides

• Il est essentiel de prendre en compte leur densité relative lorsqu'il s'agit de liquides autres que l'eau.
• La densité relative d'une substance est sa densité divisée par celle de l'eau (1000 kg/m³).
• La densité d'un liquide peut être calculée comme étant la densité (p) = densité relative × 1000 kg/m³.
• Les pressions exercées par des hauteurs égales de liquides différents varient proportionnellement à leurs densités.
• Une colonne de mercure (densité relative 13,6) exerce une pression 13,6 fois supérieure à celle d'une colonne d'eau de même hauteur.
• Il est crucial de comparer les pressions dans différents réservoirs contenant des liquides de densités variables.

Introduction aux hauteurs statiques dans les systèmes de pompage

• La pompe déplace un liquide d'une source vers une destination dans un système de pompage.
• Les niveaux de liquide dans les réservoirs créent des pressions de hauteur qui existent, même lorsque la pompe est à l'arrêt (hauteurs statiques).
• Les configurations déterminent si la pompe fonctionne avec une hauteur géométrique de charge à l'aspiration ou une hauteur géométrique d'aspiration.
• La distance verticale de l'axe de la pompe qui monte jusqu'à la surface du liquide dans la source d'aspiration au-dessus de la pompe est la hauteur géométrique de charge à l'aspiration.
• La distance verticale entre l'axe de la pompe qui descend à la surface du liquide d'aspiration sous la pompe est la hauteur géométrique d'aspiration.
• La distance verticale de l'axe de la pompe qui monte à surface du liquide dans le réservoir de refoulement est la hauteur géométrique de refoulement.

Hauteur statique totale et hauteur de charge

• La hauteur statique totale représente l'effet combiné des niveaux de liquide sur une pompe.
• Elle est définie comme la distance verticale entre la source d'aspiration et la surface du réservoir de refoulement (ou le point de refoulement libre).
• Pour une pompe avec hauteur d'aspiration, la hauteur statique totale est la somme de la hauteur géométrique d'aspiration et celle de refoulement.
• Pour une pompe avec hauteur de charge à l'aspiration, c'est la différence entre la hauteur géométrique de refoulement et la hauteur géométrique de charge à l'aspiration.
• La hauteur de charge est la hauteur équivalente exercée par la pression interne d'un appareil fermé.
• La pression différentielle est la différence entre les pressions de refoulement et d'aspiration.

Calcul des hauteurs géométriques

• La hauteur géométrique de refoulement est la distance verticale entre l'axe de la pompe et la surface du liquide dans le réservoir de refoulement.
• Le refoulement peut avoir un déversoir ou une extrémité libre, ce qui doit être pris en compte dans les calculs.
• Lorsque la pompe refoule au côté d'un réservoir un point au-dessus du niveau de liquide, la hauteur géométrique de refoulement correspond à la hauteur à laquelle la conduite entre dans le réservoir.
• Le déversoir peut diminuer la hauteur géométrique de refoulement en raison de l'effet de siphon.

Hauteur équivalente de perte de charge

• La hauteur équivalente de perte de charge est définie comme la hauteur équivalente en mètres de liquide pompé.
• Ceci résulte de la résistance à l'écoulement du liquide qui circule dans un système.
• La résistance est due au contact avec les surfaces des tuyaux, robinets et raccords.
• La résistance est appelée frottement et cause une chute de pression que la pompe doit surmonter.
• La hauteur équivalente de perte de charge augmente avec la longueur de tuyauterie, la réduction du diamètre, l'augmentation de la vitesse d'écoulement ou l'ajout de raccords.

Hauteur dynamique dans les systèmes de pompage

• La hauteur dynamique représente l'énergie nécessaire pour mettre le liquide en mouvement.
• Elle est liée à l'énergie cinétique du liquide qui se calcule par la formule h = v²/2g.
• v est la vitesse du liquide en m/s et g l'accélération gravitationnelle (9,81 m/s²).
• Une pompe possède généralement deux hauteurs dynamiques: celle d'aspiration et celle de refoulement.
• La distinction est due au fait que le diamètre de la tuyauterie d'aspiration est souvent plus grand que celui de refoulement.

Hauteur dynamique de charge à l'aspiration

• Le terme "dynamique" fait référence à un système en mouvement.
• La hauteur dynamique de charge à l'aspiration est le résultat numérique en mètres de toutes les hauteurs équivalentes agissant sur le côté aspiration d'une pompe.
• La pompe se situe au-dessous de sa source d'aspiration.
• La hauteur géométrique de charge et de charge d'aspiration sont additionnées et contribuent positivement à la hauteur dynamique.
• La hauteur équivalente de perte de charge et la hauteur dynamique d'aspiration sont soustraites et réduisent la hauteur dynamique.

Hauteur dynamique d'aspiration et de refoulement

• La hauteur dynamique d'aspiration représente le résultat de toutes les hauteurs équivalentes agissant sur le côté aspiration lorsqu'une pompe est située au-dessus de sa source d'aspiration.
• Elle est calculée en additionnant la hauteur géométrique d'aspiration, la hauteur équivalente de perte de charge et la hauteur dynamique d'aspiration, puis en soustrayant la hauteur de charge d'aspiration.
• La hauteur dynamique de refoulement est la somme de la hauteur géométrique de refoulement, de la hauteur de charge de refoulement, de la hauteur équivalente de perte de charge au refoulement et de la hauteur dynamique de refoulement.
• Pour une pompe avec hauteur de charge à l'aspiration, la hauteur totale est la hauteur dynamique de refoulement moins hauteur dynamique aspiration.
• Pour une pompe avec hauteur d'aspiration, la hauteur d'aspiration est hauteur dynamique de refoulement plus hauteur dynamique d'aspiration.
• La hauteur totale détermine la puissance nécessaire de la pompe pour assurer le débit requis dans le système.

Tension de vapeur et cavitation

• Tous les liquides forment des vapeurs à leur surface libre, créant une tension de vapeur qui augmente avec la température.
• Dans un système fermé rempli de liquide, aucune vapeur ne se forme tant que la pression exercée sur le liquide reste supérieure à tension de vapeur à la température donnée.
• Si la pression côté aspiration de la pompe est inférieure à la tension de vapeur du liquide, une partie du liquide devient de la vapeur.
• La partie du fluide qui devient de la vapour forme un bouchon qui peut interrompre partiellement ou complètement l'écoulement.
• La cavitation cause une formation de bulles de vapeur qui s'effondrent, produisant une onde de choc destructrice.
• L'impact répété des bulles qui s'effondrent endommage la surface de la roue.
• Les dommages causent un fonctionnement bruyant et mènent à des défaillances mécaniques.
• Il ne faut pas confondre la cavitation avec l'inclusion de bulles d'air dans l'écoulement, car les bulles d'air n'ont pas les mêmes effets destructeurs que les vides de vapeur.

Charge nette absolue à l'aspiration (NPSH)

• Une pression d'aspiration doit être supérieure à la tension de vapeur du liquide afin d'éviter la cavitation et assurer un débit maximal.
• La pression disponible exprimée en mètres de hauteur de liquide est NPSH.
• Le NPSH disponible est la hauteur réelle à l'aspiration dans les conditions de fonctionnement.
• Le NPSH nécessaire est la hauteur minimale requise pour un fonctionnement correct, spécifiée par le fabricant.
• Le NPSH disponible doit être au moins égal ou supérieur au NPSH nécessaire.
• Pour un fonctionnement optimal, NPSH disponible > NPSH nécessaire.
• Le calcul du NPSH est la pression d'aspiration convertie en hauteur moins la tension de vapeur convertie en hauteur.
• La température du liquide, la pression du système et la hauteur d'aspiration sont des facteurs influents.

Applications pratiques et calculs de NPSH

• Un fabricant peut spécifier un NPSH nécessaire de 5 m pour une pompe.
• Pour de l'eau à 120°C, la tension de vapeur est de 198,53 kPa et la densité est de 943 kg/m³, la pression minimale requise à l'aspiration est de 244,8 kPa.
• Ces calculs sont essentiels pour dimensionner correctement les systèmes de pompage dans des applications à haute température, où la tension de vapeur élevée peut causer des problèmes de cavitation.
• La compréhension des concepts de hauteur totale de charge, de NPSH et de cavitation est fondamentale pour assurer le fonctionnement efficace des systèmes de pompage dans les installations.