Tête totale pour la pompe et le système

Jun 08, 2023

Le terme "hauteur totale" (H) est utilisé pour décrire l'énergie dans les systèmes de pompage et c'est ainsi que les fabricants représentent les performances de leurs pompes en fonction du débit. La hauteur totale est également communément appelée hauteur dynamique totale (TDH); cependant, l'Institut hydraulique (HI) utilise le terme hauteur manométrique totale et il sera utilisé tout au long de cet article.

Il est important de comprendre les nuances de ce qui constitue la charge totale du système en fonction du débit et des conditions variables du système afin que si un utilisateur conçoit ou exploite un système de pompe, la pompe puisse être sélectionnée et utilisée correctement. De plus, si l'objectif est de mesurer les performances de la pompe après l'installation, il est important de comprendre comment procéder de la même manière que le fera le fabricant de la pompe.

La tête totale (système) est composée de trois composants :

Tête d'élévation , qui est la différence d'élévation que le liquide va parcourir. Par exemple, si un utilisateur pompait d'un réservoir à un autre et que le niveau dans les réservoirs était le même, il n'y aurait aucune hauteur d'élévation. Mais si le pompage d'un réservoir au niveau du sol vers le toit d'un bâtiment de 100 pieds, il y aurait 100 pieds de hauteur d'élévation.

Tête de pression est la différence de pression entre la source et la destination. Par exemple, si vous préleviez du liquide d'un lac à la pression atmosphérique et que vous le livriez à un réservoir qui avait 10 livres par pouce carré (psi) au-dessus de la pression atmosphérique, la hauteur de pression serait de 10 psi exprimée en pieds de liquide pompé. La conversion entre la pression et la hauteur manométrique est décrite dans la section de mesure de la hauteur manométrique totale de la pompe.

Tête de friction est la perte de charge dans le système due au frottement et est une fonction de la vitesse ou du débit des liquides au carré. Comme mentionné, la perte par frottement dépendra du débit mais aussi de la taille de la tuyauterie, des raccords, des vannes et de l'équipement d'utilisation finale du système. S'il y a des vannes de régulation dans le système qui sont utilisées pour réguler activement le débit, la perte de friction à travers la vanne de régulation est appelée tête de régulation. Il est important de comprendre la tête de commande car c'est souvent une source de consommation d'énergie qui peut être améliorée.

Une ressource gratuite qui fournit des informations didactiques supplémentaires sur ce sujet et comprend un calculateur de perte de friction est la bibliothèque de données d'ingénierie de l'Institut hydraulique, accessible à l'adresse edl.pumps.org. Pour les systèmes complexes avec de nombreux équipements et branches, il peut être difficile de calculer manuellement la charge totale du système et un logiciel de modélisation hydraulique doit être utilisé. Certaines versions non commerciales du logiciel de modélisation hydraulique sont disponibles en tant que ressource gratuite sur pompes.org/freetools. Une équation simplifiée pour la charge totale (système) est exprimée dans l'équation 1 (page 100).

L'image 1 montre un système de pompe où le liquide est acheminé d'un réservoir d'alimentation vers trois réservoirs de produit fermés. Considérant l'équation pour la hauteur totale (système), le réservoir d'alimentation serait le point 1 et les réservoirs de produit seraient le point 2. La hauteur d'élévation serait la différence d'élévation entre le niveau dans le réservoir de produit et le réservoir d'alimentation. La hauteur de pression serait la différence de pression entre le réservoir de produit et le réservoir d'alimentation exprimée en pieds de liquide pompé. La tête de friction comprendrait toutes les pertes du réservoir d'alimentation, de la tuyauterie, des raccords, de l'échangeur de chaleur, des vannes de régulation, etc.

L'image 2 montre comment la tête du système changera en fonction des variables de l'équation. Dans le cas des hauteurs d'élévation et de pression, la courbe de hauteur totale (système) se déplacera verticalement vers le haut et vers le bas à mesure que ces variables changent. Dans le cas de la tête de friction, elle changera en fonction du carré du débit, et le coefficient "C" exprimé dans l'équation de la tête totale changera en fonction des vannes de régulation de débit (FCV-271, FCV-272 et FCV-273 ). Lorsque les vannes de régulation de débit s'ouvrent, le coefficient "C" diminue et la hauteur totale diminue, et inversement, lorsque les vannes de régulation de débit se ferment, le coefficient "C" augmente et la hauteur totale augmente.

La hauteur manométrique totale (pompe) correspondra à la hauteur manométrique totale (système) à un débit spécifique. Cela signifie que, lorsqu'il est tracé sur le même graphique, l'intersection de la courbe de la pompe et de la courbe du système sera le point de fonctionnement de la pompe. L'image 3 montre comment ces courbes sont combinées et que l'intersection résultante est le point de fonctionnement.

La courbe de la pompe ou la hauteur totale de la pompe en fonction du débit est mesurée un peu comme la hauteur totale du système, mais les points 1 et 2 seront respectivement à l'entrée et à la sortie de la pompe. L'image 4 montre des instruments de pression de pompe référencés à une donnée commune et le sens d'écoulement est indiqué par des flèches. La hauteur manométrique totale de la pompe est la différence entre la hauteur manométrique totale de refoulement (point 2) et la hauteur manométrique totale d'aspiration (point 1). Le terme « total » indique qu'il comprend la charge de pression statique (h), la charge de vitesse (hv) et la charge d'élévation (Z).

L'équation pour la hauteur manométrique totale (pompe) peut être exprimée dans l'équation 2.

Pour mesurer la tête totale de la pompe, la pression sera mesurée aux points 1 et 2, l'élévation du manomètre à la référence sera mesurée et la vitesse à l'emplacement de mesure de la pression sera calculée en fonction du débit volumétrique et de la diamètre intérieur du tuyau. La pression mesurée devra être convertie en pieds de liquide selon l'équation 3.

Lors du calcul, une attention particulière devra être portée aux unités pour que le calcul soit correct. Avec les unités usuelles américaines, il est courant d'utiliser une densité relative appelée gravité spécifique et une constante de conversion pour convertir la pression en pieds. Cela peut être fait en utilisant l'équation 4.

La hauteur manométrique totale est un élément fondamental qu'il est utile de comprendre lorsque l'on travaille avec des systèmes de pompage. Il fournit une compréhension des exigences du système, des informations précieuses pour la sélection de la pompe et une considération clé de la consommation d'énergie. Cet article couvre les bases mais ne traite pas d'examen approfondi, d'exemples de calcul ou de scénarios que les professionnels de la pompe rencontreront. Pour plus d'informations sur ce sujet, y compris les normes et la formation, visitez www.pumps.org.

Pete Gaydon est directeur technique de l'Institut hydraulique. Il peut être contacté à [email protected]. Pour plus d'informations, visitez www.pompes.org.