pompes centrifuges - licence 3 egletons -...
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L13 - 22/03/2009 1/12 Séance de travaux pratiques
Université du limousin Département de Génie Civil
19300 Egletons
Module L13
Hydraulique
Semestre 6 - 2009
F.L.
Nom, prénom : Groupe TP : Note : /20
Pompes centrifuges
Durée : 4 heures 00
Contexte :
Vous venez de voir en cours des notions ayant trait aux pertes de charges dans les canalisations.
Dans diverses applications ayant trait au bâtiment ainsi qu’aux ouvrages d’hydraulique urbaine,
nous serons amenés à utiliser des pompes et circulateurs. Ceux-ci sont destinés à mettre le fluide en
mouvement et à vaincre les pertes de charge alors engendrées.
Objectifs :
Vous devrez être capable de :
- déterminer les caractéristiques d’une pompe en fonction du débit ;
- de comprendre l’importance de la vitesse de rotation d’une pompe ;
- de déterminer les caractéristiques d’un couplage série et parallèle.
Pré-requis :
pertes de charge, hauteur manométrique, équation de Bernoulli,
L13 - 22/03/2009 2/12 Séance de travaux pratiques
1. Présentation
1 – 1 – Description du ban d’essai
Ce banc d'essai comprend deux pompes centrifuges identiques, BABM 04 GUINARD, indépendantes
entraînées par deux moteurs électriques :
- la pompe monobloc est entraînée par un moteur à courant alternatif de 1,1 [kW] ;
- la deuxième pompe, à moteur séparé, est entraînée par un moteur à courant continu de
1,5 [kW] équipé d'un variateur de vitesse électronique, d'une dynamo tachymétrique et d'un
compte tours.
Le débit est mesuré par un débitmètre placé sur la canalisation du haut.
Des manomètres indiquent les pressions d'eau à l'aspiration et au refoulement de chaque pompe.
Les vannes placées sur les conduites permettent le fonctionnement des deux pompes en parallèle
ou en série.
Les caractéristiques du banc hydraulique sont les suivantes :
Diamètre des conduites : Фaspiration = 4.10-2 [m] Фrefoulement = 3,3.10-2 [m]
Section des conduites : Saspiration = 12,57.10-4 [m2] Srefoulement =8,55.10-4 [m2]
Cuve : Scuve = 4875.10-4 [m2] Hcuve = 0,4 [m] Vcuve = 0,195 [m3]
1 – 2 – Schéma de l’installation
Faites un schéma de l'installation dans le cadre ci-dessous en utilisant les symboles suivants :
Pompe
Vanne de réglage du débit
Manomètre
Débitmètre
Vanne quart de tour
Titre :
M Q
L13 - 22/03/2009 3/12 Séance de travaux pratiques
2. Etude de la caractéristique des pompes
2 – 1 – Etude de la pompe à vitesse constante
A – Préparez le circuit pour que la pompe à vitesse constante fonctionne seule.
B – Pour un débit donné, effectuez les relevés suivants :
- position de la vanne de réglage ;
- pression à l’aspiration ;
- pression au refoulement ;
- débit.
Faites varier le débit à l’aide de la vanne de réglage afin d’effectuer d’autres séries
de relevés. Reportez vos mesures dans le tableau ci-dessous.
Mesure
n°
Position de la
vanne
[tour]
Qv
[l/h]
Pasp
[bar]
Pref
[bar]
ΔP
[bar]
Hmt
[mCE]
Pabs [kW]
Pu [kW]
ηm
[/]
ηg
[/]
ηtot
[/]
1 2 3 4 5 6 7 8
C – Ecrivez l’équation de Bernoulli puis :
- déterminez l’expression littérale de la hauteur manométrique en fonction des
grandeurs mesurées ;
- complétez le tableau précédent, en calculant la valeur de la Hmt de
chacun des relevés.
D – Etudiez la puissance absorbée ainsi que le rendement ηtot (rendement total) :
- en utilisant la formule suivante : 𝑃𝑢 = 𝜌 ∙ 𝑔 ∙ 𝑄𝑣 ∙ 𝐻𝑚 ;
- en utilisant le graphique fourni page suivante qui vous permet de déterminer le rendement électrique ηm du moteur ;
- en utilisant le schéma suivant :
E – Tracez sur du papier millimétré le courbe Hmt=f(Qv) et ηtot = f(Qv)
Moteur Pompe
Secteur Pabs
m
Pa
g
Pu
L13 - 22/03/2009 4/12 Séance de travaux pratiques
Ce banc d'essai comprend deux pompes centrifuges identiques, BABM 04 GUINARD, indépendante
Moteur Triphasé 50 Hz LS 9051
Courbe Rendement/Puissance
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Rendement moteur %
Pu
issa
nc
e M
ote
ur k
W
L13 - 22/03/2009 6/12 Séance de travaux pratiques
2 – 2 – Etude de la pompe à vitesse variable
Si l’on fait varier la vitesse de rotation de la pompe, on obtient plusieurs courbes
caractéristiques de la hauteur manométrique en fonction du débit.
A – A partir de la pompe à moteur séparé, reprenez les mêmes mesures que dans la
première partie, pour des vitesses de rotation de 2500 [tr/mn] et 2000 [tr/mn].
B – Tracez sur un nouveau graphique ces deux courbes ainsi que celle de 2845
[tr/mn]. Tracer
Vitesse de rotation : 2500 [tr/mn] Mesure n°
Position de la vanne
[tour]
Qv
[l/h]
Pasp
[bar]
Pref
[bar]
ΔP
[bar]
Hmt
[mCE]
Pabs [kW]
Pu [kW]
ηm
[/]
ηg
[/]
ηtot
[/]
1 2 3 4 5 6 7 8
Vitesse de rotation : 2000 [tr/mn]
Mesure
n°
Position de la
vanne
[tour]
Qv
[l/h]
Pasp
[bar]
Pref
[bar]
ΔP
[bar]
Hmt
[mCE]
Pabs [kW]
Pu [kW]
ηm
[/]
ηg
[/]
ηtot
[/]
1 2 3 4 5 6 7 8
C – Que pouvez vous remarquer entre les valeurs des rapports de débit
2500
2845
2000
2500
2000
2845 ,,Q
Q
Q
Q
Q
Qet les différents rapports de vitesses de rotation appelées n?
D – Que constatez vous pour le rapport des hauteurs manométriques et le rapport
des carrés des vitesses entre elles (ex : 2000
2845
H
Het
2
2
2000
2845) ?
une règle liant le rapport des débits au rapport des vitesses de rotation
L13 - 22/03/2009 8/12 Séance de travaux pratiques
3. Etude de l’association de pompes
3 – 1 – Dessiner le montage de deux pompes en série et de deux pompes en parallèle.
3 – 2 – Expliquez par un schéma ce que nous sommes censés obtenir de ces différentes
associations. Existe-t-il des cas de figures où cette association ne sert à rien ?
3 – 3 – Refaites les mesures faites précédemment avec la pompe à moteur séparé réglée
avec une vitesse de rotation de 2845 tr/mn et la pompe à vitesse constante.
Association des pompes en série Mesure n°
Position de la vanne
[tour]
Qv
[l/h]
Pasp
[bar]
Pref
[bar]
ΔP
[bar]
Hmt
[mCE]
1 2 3 4 5 6 7 8
Association des pompes en parallèle Mesure n°
Position de la vanne
[tour]
Qv
[l/h]
Pasp
[bar]
Pref
[bar]
ΔP
[bar]
Hmt
[mCE]
1 2 3 4 5 6 7 8
3 – 4 – Tracez sur une même feuille (page suivante) :
- la courbe Ht = f(Q) d'une pompe à 2845 [tr/mn] ;
- les courbes théoriques d'un couplage en parallèle et en série ;
- les courbes expérimentales du montage en parallèle et en série.
Que pouvez-vous en conclure?
L13 - 22/03/2009 10/12 Séance de travaux pratiques
4. Pour aller plus loin
4 – 1 – Présentation
La chaufferie étudiée est constituée d’une seule chaudière et d’un seul réseau régulé.
Le régime de fonctionnement est 80/60[°C] et permet d’assurer des besoins en chaleur de
116,25 [kW].
Les caractéristiques hydrauliques sont les suivantes :
- la perte de charge dans le tronçon de recyclage AD est supposée nulle ;
- H D – chaudière - A = 3,9 [mCE] sous 5 [m3/h] ;
- H B – P – réseau – D = 2 [mCE] sous 5 [m3/h] ;
- H vanne_3_voies = 1 [mCE] sous 5 [m3/h] ;
- H AB = 0,3 [mCE] sous 5 [m3/h] ;
- H CD = 0,3 [mCE] sous 5 [m3/h].
La densité du fluide caloporteur est de 1 et sa chaleur massique vaut 4185 [J/(kg K)].
4 – 2 – Travail demandé
La chaufferie étudiée est constituée d’une seule chaudière et d’un seul réseau régulé.
A – Etude du schéma de principe
Représentez sur le schéma le sens de circulation des fluides. Vous utiliserez des couleurs
normalisées.
B -Détermination de la pompe de recyclage
Le rôle de cette pompe est d’assurer le débit minimum d’irrigation dans la chaudière.
Cette pompe n’est nécessaire que lorsque la vanne trois voies du réseau part en fermeture
et que le débit de retour du réseau dans la chaudière est nul.
Réalisez un schéma afin de montrer quels éléments de l’installation doivent être ‘irrigués’
par cette pompe.
Sélectionnez un modèle de pompe de recyclage sachant que celle-ci doit permettre la
circulation d’un débit minimum de 4 [m3/h]. Vous utiliserez le document réponse n°1 en y
représentant la courbe de réseau ainsi que le point de fonctionnement.
C - Détermination de la pompe du circuit
Le rôle de cette pompe est d’assurer le débit dans le réseau et la chaudière. Cette pompe
est dimensionnée dans le cas où la vanne trois voies du réseau est ouverte et que le débit y
est maximal (c’est à dire dans les conditions nominales).
Pompe P1(recyclage)
Pompe P2(réseau)
RéseauChaudière
A
B
C
D
L13 - 22/03/2009 11/12 Séance de travaux pratiques
Réalisez un schéma afin de montrer quels éléments de l’installation doivent être ‘irrigués’
par cette pompe.
Sélectionnez un modèle de pompe permettant au réseau d’être correctement ‘irrigué’.
Vous utiliserez le document réponse n°2 en y représentant la courbe de réseau ainsi que le
point de fonctionnement.
D - Détermination de la pompe du circuit
Lors de la mise en fonctionnement de l’installation, il existe une configuration qui fait que les
deux pompes précédentes sont en fonctionnement en même temps alors que la vanne
trois voies est grande ouverte.
Que se passe t’il dans ce cas là ?
L13 - 22/03/2009 12/12 Séance de travaux pratiques
Document réponse n°1
Document réponse n°2
Hm
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0Qm3/h
Ql/min
Ql/s
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120
2
4
6
8
10
Hft
2
1
200180160
32,5
140120
2
100
1,5
80
1
6040
0,5
C1115NDN40 - 50 Hz
C1210NDN65 - 50 Hz
Hm Hft
Qm3/h
Ql/min
Ql/s
300250
4
200150
2
10050
1 53
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 180
0,25
0,50
0,75
1
1,25
1,50
1,75
2
0
2
4
6
2
1
Qm3/h
Ql/min
Ql/s 5
300100
2 3
200
4 6
400
7 8
500
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Hm8
20
Hft
7
6
5
4
3
2
1
0
15
10
5
0
C1240NDN65- 50 Hz
2
1
Hft
20
15
10
5
0
C1440NDN80- 50 HzHm
7
6
5
4
3
2
1
0Qm3/h
Ql/min
Ql/s 10
600200
2 6
400
8 12
800
14 16
1000
4
8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64
2
1