Circulateurs: Principes, Construction et Variation Vitesse

Généralités

• Les circulateurs sont abordés selon leur construction, la réglementation applicable, et leur évolution.
• Rappel des principes hydrauliques, incluant les pertes de charge, les courbes de circulateurs, le point de fonctionnement, la détermination du débit, la HMT, la zone d'utilisation, et les puissances.
• Les notes de cours abordent les différents aspects de la variation de vitesse : intérêt du VEV, les économies d’énergie, les fonctionnalités, des différents modèles (Siriux-Priux) ainsi que des exemples d’installation.
• Examen des connaissances pratiques telles que l’ajustement de la pression, la gestion du point neutre, l’importance du NPSH, la procédure de mise en service, le remplacement adéquat et la gamme d'entretien appropriée.

Construction des circulateurs à rotor noyé

• Le stator est une composante clé du circulateur à rotor noyé.
• Le rotor est une autre composante clé du circulateur à rotor noyé.
• Il y a un tube d'étanchéité entre le stator et le rotor.
• L'axe horizontal du circulateur est important pour son fonctionnement.
• Les coussinets sont des éléments présents également.
• L'eau circule dans la cavité rotorique.
• La conception du circulateur sans pièces d'usure prolonge sa durée de vie.
• L'aspiration facilite l'entrée du fluide, tandis que le refoulement dirige sa sortie.

Réglementation des circulateurs

• La réglementation des circulateurs s'inscrit dans le cadre des directives européennes.
• La classification énergétique des circulateurs varie de A à G, indiquant l'efficacité énergétique.
• La classe A représente la meilleure efficacité énergétique, tandis que la classe G indique la plus faible.
• Depuis le 1er janvier 2013, la commercialisation des produits "Distribution" est interdite en Europe.
• En août 2015, la commercialisation des produits "OEM" est interdite.
• Le règlement européen 641/2009 s'applique aux circulateurs d'une puissance allant jusqu'à 2500 W.

Évolution des circulateurs: Gammes et Moteurs

• Ancienne gamme : Utilisation de moteurs asynchrones.
• Nouvelle gamme : Introduction de moteurs synchrones VEV (à variation électronique de vitesse).
• Domestique : Transition de modèles NXL/NYL (anciens) à Siriux home et Priux home (nouveaux).
• Collectif : Passage des SCX/SXM/C1000 (anciens) à Siriux master et Priux master (nouveaux).
• L'alimentation électrique est monophasée à 230V.
• Les anciens modèles (moteur asynchrone) ont 3 vitesses alors que les nouveaux modèles (moteur synchrone VEV) ont des plages de fonctionnement Delta Pv / Delta Pc.

Rappel d'hydraulique

• Le texte rappelle des principes hydrauliques importants
• Présentation des pertes de charge dans un système hydraulique.
• Explication de la courbe de pompe et comment identifier le point de fonctionnement optimal.
• Techniques de détermination du débit et de la pression nécessaires.
• Considérations sur les zones d'utilisation et les puissances requises pour différentes applications.

Pertes de charge dans les systèmes hydrauliques

• Il existe une différence de pression entre deux points, A et B, dans un circuit hydraulique.
• Noter P = PA - PB
• Les pertes de charge sont dues à la circulation d'eau dans l'installation, incluant les tuyaux et accessoires.
• Ces pertes nécessitent une pression fournie par la pompe pour maintenir le débit.
• L'installation est à l'horizontale.
• La conclusion est que toute circulation de fluide entraîne une perte de pression.
• La courbe reliant les pertes de charge et le débit est désignée par l'expression de courbe de perte de charge ou de réseau.

Courbe hydraulique d'un circulateur

• La courbe illustre le comportement d'un circulateur selon l'ouverture du robinet.
• Lorsque le robinet est fermé, la pression est au maximum et le débit est nul.
• Avec un robinet à moitié ouvert, la pression et le débit se situent à un niveau moyen.
• Un robinet complètement ouvert engendre une pression minimale et un débit maximal.
• La relation entre le débit et la pression dans un circulateur/pompe peut être visualisée sur une courbe similaire.

Courbes Réseau / Pompe

• Le graphe démontre le rapport entre la courbe de la pompe et la courbe des pertes de charge dans un réseau hydraulique.
• Le point de fonctionnement est l'intersection de ces deux courbes.
• L'axe vertical représente la hauteur manométrique totale (HMT).
• L'axe horizontal indique le débit (Q).
• La zone sous la courbe de la pompe indique le débit fourni par la pompe.

Hauteur Manométrique Totale (HMT) dans les circuits hydrauliques

• En génie climatique, les systèmes fonctionnent généralement en circuit fermé.
• HMT représente la pression fournie par la pompe.
• Elle équivaut aux pertes de charge du réseau dues à la circulation d'eau dans les tuyauteries.
• L'équation est HMT = ΔP.
• La hauteur géométrique n'influe pas sur la HMT.

Détermination de la courbe de réseau et du débit

• Pour déterminer la courbe de réseau et le débit dans un système hydraulique, plusieurs paramètres sont considérés.
• La pression de refoulement (Pref) est un facteur important.
• La pression d'aspiration (Pasp) est également prise en compte.
• Le HMT de la pompe est calculée en soustrayant Pasp de Pref.
• Le débit dans l'installation est un élément essentiel à déterminer.

Détermination du débit et puissance calorifiqie

• Estimation des besoins calorifiques et du débit de la pompe.
• La formule du débit en m3/h est : Q = P / (1.163 x DT).
• DT représente la différence de température entre le départ et le retour, ici fixée à 15°C.
• Exemple : Pour une installation collective supposée nécessiter 260 kW, un débit de 15 m3/h est requis.

Détermination rapide de la pression à fournir

• Le calcul des pertes de charge se concentre sur la boucle la plus longue du circuit.
• En l'absence d'informations précises, la longueur approximative de cette boucle (LT) est utilisée.
• La formule pour estimer la pression à fournir est : 20 mmCE x LT + PdC* .
• PdC* représente la perte de charge de l'élément terminal le plus éloigné, ainsi que les pertes additionnelles potentielles dans le réseau.

Courbe de pompe et zones de fonctionnement

• La zone normale d'utilisation se trouve en zone 2.
• Les efforts mécaniques sur la pompe sont sains et équilibrés.
• Le rendement énergétique global est bon.
• La courbe comprend un point spécifique dit point de meilleur rendement.
• D'autres zones existent, avec un éventuel risque de cavitation, rendements moins bons, etc
• HMT=hauteur manométrique, Q=débit de la zone

Puisances de la pompe

• Le texte explique les différentes puissances liées à une pompe dans un système hydraulique.
• P1 représente la puissance consommée, calculée à partir de la puissance hydraulique (P2 Hyd) et du rendement du moteur.
• La formule est P1 = (P2 Hyd x 100) / Rendement moteur.
• La puissance hydraulique (P Hyd) est calculée en utilisant le débit (Q), la hauteur manométrique (H), et la densité du fluide.
• La formule est PHyd = (Q x H x Densité) / 367.
• Un P2 nominal supérieur d'au moins 5 à 10 % au P2 Hyd prévu lors d'un rapport entre P2 Hyd.

La Variation de Vitesse : Economie d'énergie

• La vitesse variable permet de réaliser des Economies d’énergie.
• La formule du débit en m3/h est : Q = P / (1.163 x DT).
• Les Besoins, sont pour des conditions extrêmes.
• L'installation collective consomme 260kW.
• La différence température entre entre le départ et le retour est de 15°C.

Relation Débit / Puissance et Profils de Consommation

• Deux profils de consommation sont étudiés: un profil de chauffage (Blue Angel) et un profil de climatisation (ESEER).
• Chauffage (Profil Blue angel (Europump)):
• 6% du temps à 100% des besoins.
• 15% du temps à 75% des besoins.
• 35% du temps à 50% des besoins.
• 44% du temps à 25% des besoins.
• Climatisation (Profil ESEER (Eurovent)):
• 3% du temps à 100% des besoins.
• 33% du temps à 75% des besoins.
• 41% du temps à 50% des besoins.
• 23% du temps à 25% des besoins.
• Formules simplifié de calculs: Profile Blue Angel (Europump)= 0,46 de Q, Profile ESEER (Eurovent)= 0,54 de Q.
• Delta Pression Variable (DPv) pour le profil Blue Angel.
• Delta Pression Constante (DPC) pour le profil ESEER.
• L'efficacité énergétique saisonnière (EEl) des circulateurs en chauffage est définie par le profil Blue Angel.

Intérêt de La Variation de Vitesse

• L'évolution du débit et de la pression dans une installation est illustrée.
• Il est possible de réaliser une réduction de débit de plusieurs méthodes sur un circulateur.
• Les robinets thermostatiques peuvent aider à réduire le débit.
• point théorique est besoin réduit.
• point normale de fonctionnement est besoin max.
• Une autre façon étant de réduire la HMT de la pompe en réduisant sa vitesse, ce qui génère des économies d’énergie.

Mode de variation de vitesse

• Le texte aborde deux approches pour la variation de vitesse, illustrées par des graphiques.
• Première approche : HMT constante maintien d'une pression constante, le point de consigne peut être réglable.
• Deuxième approche : HMT variable où pression et débit peuvent varier.

Fonctionnement avec Delta P Constant ou Variable

• En fonctionnement avec ΔP constant, le système ajuste la pompe pour maintenir une pression différentielle constante, peu importe les variations de débit demandées par l'installation.
• Le fonctionnement en ΔP variable permet à la pression différentielle de varier en fonction des besoins de l'installation.
• Le mode ΔP constant est idéal lorsque les pertes de charge linéaires sont faibles et se concentrent principalement dans les terminaux (ex: plancher chauffant).
• À l'inverse, le mode ΔP variable convient mieux aux installations où les pertes de charge linéaires sont significatives (ex: radiateurs).
• Une installation avec un fonctionnement en ΔP constant est avec Plancher chauffant et Ventilo convecteur, CTA.
• Une installation avec un fonctionnement en ΔP constant Radiateurs

Solutions Salmson en Technologie Rotor Noyé

• La technologie rotor noyé est mise en avant par Salmson.
• Des modèles monophasés sont disponibles.
• La Variation Électronique de Vitesse (VEV) est une caractéristique clé.

Estimation de la consommation électrique d'une pompe

• Hypothèse d’un circulateur standard.
• Quelle est la consommation électrique pour un débit de 15 m3/h ou un débit de 7,5 m3/h ?
• L’HMT retenue est de 6 mCE. On considère deux modelés de circulateurs: SXM 40-80N – P1 et Siriux 40-80 - P1
• SXM 40-80N – P1 : 450 W en régime moyen et 575 W en régime maxi.
• Siriux 40-80 - P1: 125 W en régime moyen et 400 W en régime maxi, 60W régime de nuit.
• Avec le Siriux 40-80 - P1 nous somme à 72% d’économies possible.
• Le coût annuel est de 270€ à 965€ pour le premier modèle et de 62€ à 1642€ pour le deuxième.
• Le gain du deuxième modèle par rapport au premier se fait en moins de trois ans.

Les Sirius

• Deux modes de régulation principaux des modèles Sirius Home, Priux Home et Priux Master : Delta P constant et Delta P variable.
• Sirius Master offre un troisième mode : Vitesse constante
• Courbe QH variable pilotée
• Courbe QH fixe
• On peut le commander Localement sur l'afficheur ou à distance.
• Deux modèles de Sirius D sont présentés Sirius simple et Sirius double tous d’eux modèles fonctionne en alimentation en monophasée 230V.
• Les fonctionnalités exactes sont à examiner par gamme de produits.

Avantages du Sirius

• Compatible avec des fluides allant de -10°C (climatisation) à 110°C.

• Protection thermique intégrée, ne nécessitant qu'une protection court-circuit (fusible aM, magnétique).

• Dégommage intégré fonctionnant quelques secondes toutes les 24 heures.

• Maintien de l'alimentation électrique, sauf nécessité d'arrêt via le ON/OFF pompe ou un module IF optionnel "Ext Off".

• Alimentation électrique monophasée 230V.

• Module IF en option pour certaines fonctionnalités

• Avantages du Siriux D en mode Normal secours :

• Permutation toutes les 24 heures avec basculement sur pompe secours en cas de défaillance.

• Avantages du Siriux D mode Cascade optimisée :

• Sans automatisme complémentaire nécessaire.

Exemples d'Application de la Variation de Vitesse

• Ajustement du débit via le contrôle de la vitesse : Utilisation d'une vanne VG ou variation directe de la vitesse de la pompe.
• La pompe à variation de vitesse ajuste le débit en modifiant sa vitesse.
• Le débit variable dans équipement ne doit être en situation de fonctionner à débit nul, voir faible débit.
• Le débit fixe avec une température variable, le type de pilotage est Delta T avec Avec bouteille de découplage.

Connaissances Pratiques : Pression et Point Neutre

• Il faut installer le vase d'expansion à un emplacement où les variations de pression dues au fonctionnement de la pompe ont le moins d'impact sur la pression statique du système.
• Situation favorable : Le vase étant placé avant la pompe. La HMT s'ajoute majoritairement à la pression statique de l'installation.
• Situation défavorable : Le vase étant placé après la pompe La HMT se soustrait majoritairement à la pression statique de l'installation.

Connaissances Pratiques - NPSH (Pression Nette Positive à l'Aspiration)

• En rotor noyé, il faut vérifier directement que la pression à l’aspiration de la pompe est supérieure à celle requise par les tableaux du catalogue.
• Il y a cavitation et des dégradation matériels si la pression est insuffisante.
• La cavitation peut s'observer par la détérioration rapide de la roue.
• La vaporisation peut endommager l'usure ou d’épuisement du matériel et la réduction de la durée de vie appareils.

Mise en service et le circulateur multi-vitesses

La Mise en service et avec le circulateur multi-vitesses permet une réduction de débit possible par fermeture VG avec 3 débits possibles par choix de vitesse (Max / Méd / Min).

Circulateur VEV en service Dpv

• L'ajustement initial du circulateur est avantageux, sur la majorité des installations.
• Il permet d'exploiter sa variation de vitesse.
• Une mauvaise régulation est le la variation du circuit sans variation de vitesse.
• Il est important de ne pas mettre la Consigne trop forte.

Circulateur VEV et Réglage Optimum

• Étape 1 : Déterminer le réseau en conditions de besoins maximum (vannes ouvertes).
• Utiliser la pompe en mode vitesse (maxi) pour relever le Delta P fourni.
• Déduire la courbe du réseau et le débit que peut fournir la pompe.
• Étape 2 : Régler la consigne de l'installation avec une pompe de de Delta Pc ou / Pv.
• Afin d'afficher la bonne valeurs le débit installé doit être sans « bridage ».

Remplacement D'un Circulateur

• Les paramètres à prendre en compte sont :
• Les performances hydrauliques à prendre en compte est : (courbe débit / pression).
• Choisir un circulateur : suivant l'application (Chauffage/Climatisation, Bouclage sanitaire, Energies nouvelles).
• Sélection du raccordement hydraulique selon l'Entr’axe et diamètre.
• Sélection du raccordement électrique doit être en Monophasé 230 Volts.
• Attention à au type de Construction rotor noyé pour les Préconisations qui en découlent.
• L’appareille dois d’être aux dimension idéal pas surestimai ou sous estime le diamètre et performance.

Gamme d’entretien Pompe Siriux:

• Les points à vérifier sont :
• La mise à la terre de la pompe.
• Mesure de tension et intensité.
• La pression dynamique à l'aspiration de la pompe.
• Le delta P à débit nul et en fonctionnement.
• L'absence de fuite et de code erreur.
• Afficher et enregistrer les données d'exploitation et historique des défauts à l'aide du Salmson Pump Control