C'est à nouveau l'heure de l'amorçage, partie 1

Dans ma chronique de juin 2022 sur les applications des pompes à haute température, j'ai déclaré/sous-entendu à plusieurs reprises que la chaleur est une propriété du matériau. Un lecteur observateur et averti a rappelé à ce vieil ingénieur que la chaleur n’est techniquement pas une propriété et est simplement une énergie en transition. La chaleur est une fonction processus/chemin. Mes années d'expérience avec les turbines à vapeur et les tables à vapeur auraient dû me le rappeler, alors excuses à M. Richard Mollier. Pour les âmes curieuses qui cherchent à mieux comprendre, veuillez rechercher la définition de la chaleur, de l’enthalpie et de l’entropie.

Je suis fréquemment sollicité par les utilisateurs de pompes pour résoudre des problèmes de terrain. Dans un pourcentage élevé de cas, la cause profonde se situe du côté aspiration de la pompe. J'ai écrit de nombreux articles sur les systèmes de pompes (côté aspiration) sur la hauteur d'aspiration nette positive (NPSH), la submersion critique et d'autres problèmes courants sur le terrain, y compris les pompes auto-amorçantes. Encouragé par les problèmes récents, j’ai décidé de consacrer plus de temps à l’examen plus approfondi des questions auto-amorçantes.

Apprêt

Qu'est-ce que cela signifie lorsque quelqu'un déclare que la pompe est amorcée ? La définition simple est que la pompe et la conduite d’aspiration associée sont complètement remplies de liquide. De plus, il n'y a pas de quantités significatives d'air, de vapeur ou d'autres gaz dans le système d'aspiration car ces vapeurs et gaz non condensables ont été éliminés par le processus d'amorçage. Techniquement, une pompe auto-amorçante peut être considérée comme « amorcée » mais pas complètement amorcée si la chambre d'amorçage est pleine mais que le corps et la conduite d'aspiration ne le sont pas.

Une pompe centrifuge peut être amorcée par de nombreux moyens différents, et il existe des méthodes internes et externes pour réaliser cette évolution. Cette colonne se concentrera sur les pompes auto-amorçantes qui sont une méthode interne.

Toutes les pompes ne sont pas créées égales

Je n'aborderai que les pompes centrifuges de la catégorie auto-amorçante, mais je ferai d'abord quelques commentaires génériques sur les pompes volumétriques (PD). Essentiellement, toutes les pompes volumétriques sont, en principe, auto-amorçantes de par leur conception. Par conséquent, les problèmes d’amorçage ne sont pas aussi répandus dans ce monde, sauf lorsque la pompe fonctionne à sec. Bien qu'il puisse y avoir des problèmes d'amorçage avec les pompes PD, leur ampleur est insignifiante par rapport aux problèmes des pompes centrifuges.

À titre d'exemple simplifié, pour un système de pompe PD, la différence de pression entre la source d'aspiration et la pompe est suffisamment forte pour déplacer des combinaisons de fluides multiphasiques d'air, de vapeur, de gaz et de liquide dans la conduite d'aspiration et à travers la pompe. La pompe PD a la capacité de traiter des fluides biphasés, contrairement à la plupart des pompes centrifuges. Ma déclaration suppose que le système est correctement conçu, que la conduite d'aspiration ne présente aucune fuite et que la pompe est en bon état.

Dans le cas des unités centrifuges, la pompe à elle seule ne peut pas vaincre la quantité d'énergie nécessaire pour déplacer tout l'air, la vapeur et les gaz le long du tuyau d'aspiration et à travers la pompe.

Comme je l’ai dit dans des chroniques précédentes, les pompes centrifuges ne sont pas des compresseurs. Une façon simpliste de voir ce problème est que l’eau est environ 800 fois plus dense que l’air. Par conséquent, la pompe devrait travailler 800 fois plus fort et/ou plus longtemps pour déplacer l'air plutôt que le liquide. (Au niveau de la mer, l'eau à 68 F est 784 fois plus dense que l'air.)

Les pompes centrifuges n'aspirent pas le liquide dans la pompe

Une hauteur d'aspiration signifie simplement que le niveau maximum de liquide à pomper est physiquement en dessous de la ligne centrale de la roue de la pompe. La plupart des pompes centrifuges peuvent fonctionner avec une hauteur d'aspiration si elles sont d'abord amorcées.

Contrairement aux mythes urbains et aux expressions familières, les pompes centrifuges ne sont pas capables « d’aspirer » du liquide depuis une altitude inférieure jusqu’au niveau de la pompe. J'admets qu'une pompe en fonctionnement crée une petite pression différentielle (un léger vide peut-être ?) à proximité de l'œil de la turbine. Dans une moindre mesure, nous devons également comprendre que les liquides ne possèdent pas de résistance à la traction significative (par rapport aux solides) ; par conséquent, la turbine ne peut ni saisir ni tirer le liquide. Une source d'énergie externe doit fonctionner de concert avec la pompe pour pousser (et non soulever ou aspirer) le liquide dans la pompe. Dans un système ouvert, l’énergie externe requise est généralement fournie par la pression atmosphérique environnante. Puisque nous dépendons de la pression atmosphérique, il est important de comprendre que la quantité d’énergie disponible n’est ni trop abondante ni trop constante. La pression atmosphérique changera avec la pression barométrique (météo) et, plus important encore, avec l’altitude au-dessus du niveau de la mer. Il existe de rares cas où la pression atmosphérique sera supérieure à 14,7 livres par pouce carré absolu (psia) parce que le site se trouve en dessous du niveau de la mer (deux exemples célèbres sont la Vallée de la Mort en Californie et la Mer Morte à la frontière entre Israël et la Jordanie).