Pompes centrifuges et pompes volumétriques : guide complet des types, des performances, de la sélection et plus encore

Les pompes sont les bêtes de somme d'innombrables opérations industrielles, mais sélectionner le bon type peut s'avérer difficile. Le choix entre les pompes centrifuges et volumétriques a un impact considérable sur les performances. Ces deux types de pompes diffèrent considérablement en termes de fonctionnement, de capacités et d'applications.

Cet article explore les subtilités de chacune d'entre elles, en analysant leurs mécanismes, leurs caractéristiques de performance et leurs utilisations typiques, et en fournissant des conseils pour une sélection optimale de la pompe. Il couvrira des aspects importants tels que les principes de fonctionnement, les débits, la gestion de la viscosité et les considérations de maintenance pour aider les professionnels du domaine à prendre des décisions éclairées.

Qu'est-ce qu'une pompe centrifuge

Une pompe centrifuge est un type de pompe rotodynamique qui utilise une roue rotative pour transmettre de l'énergie cinétique au fluide, augmentant ainsi sa vitesse et sa pression. Cette énergie cinétique est ensuite convertie en énergie de pression lorsque le fluide sort de la pompe.

Pompes centrifuges Les pompes à piston se caractérisent par leur capacité à déplacer de grands volumes de fluides à des pressions relativement basses, ce qui les rend adaptées à une large gamme d'applications impliquant des fluides à faible viscosité. Elles sont largement utilisées dans diverses industries, dans les environnements domestiques et dans l'agriculture en raison de leur conception simple, de leur facilité d'utilisation et de leur rentabilité.

Principes de fonctionnement des pompes centrifuges

Les pompes centrifuges fonctionnent sur le principe de conversion de l'énergie mécanique d'un moteur en énergie cinétique dans le fluide. Le processus commence lorsque le moteur électrique fait tourner l'arbre de la pompe, qui est relié à la turbine. La turbine, équipée d'une série de pales ou d'ailettes, tourne à grande vitesse, généralement comprise entre 500 et 5 000 tr/min. Cette rotation crée une force centrifuge qui attire le fluide vers le centre de la pompe, près de l'œil de la turbine. Lorsque le fluide se déplace dans la turbine, il prend de la vitesse et est poussé vers l'extérieur, vers les bords extérieurs du boîtier.

Le corps de pompe est conçu pour recueillir le fluide évacué par la turbine et le diriger vers la sortie de la pompe. La forme du corps convertit l'énergie cinétique du fluide en énergie de pression, ce qui permet au fluide d'être poussé à travers le tuyau de refoulement. L'essentiel ici est que la pompe produit un débit en créant une pression.

Qu'est-ce qu'une pompe volumétrique

Une pompe volumétrique est un type de pompe qui déplace un fluide en emprisonnant une quantité fixe de fluide dans une cavité, puis en forçant ou en déplaçant ce volume dans le tuyau de refoulement. Contrairement aux pompes centrifuges, qui transmettent de l'énergie cinétique au fluide, les pompes volumétriques créent un débit constant en enfermant et en transférant de manière répétée des volumes fixes de fluide.

Ce mécanisme permet aux pompes volumétriques de gérer des fluides visqueux et de générer des pressions élevées, ce qui les rend idéales pour les applications nécessitant un dosage précis, une pression élevée et la manipulation de fluides difficiles.

Principes de fonctionnement des pompes volumétriques

Les pompes volumétriques fonctionnent en piégeant mécaniquement un volume fixe de fluide et en le déplaçant du côté aspiration vers le côté refoulement de la pompe. Ces pompes utilisent une cavité en expansion du côté aspiration et une cavité décroissante du côté refoulement. Lorsque la cavité du côté aspiration se dilate, le fluide est aspiré dans la pompe. Lorsque la cavité s'effondre, le fluide est expulsé par la conduite de refoulement. Ce processus crée un débit constant, proportionnel à la vitesse de fonctionnement, quelle que soit la pression. Les pompes volumétriques sont classées en deux types principaux : à piston et rotatives.

• Les pompes alternatives, comme les pompes à piston, à piston plongeur et à membrane, utilisent un mouvement de va-et-vient pour créer l'action de pompage.
• Les pompes rotatives, telles que les pompes à engrenages, à lobes, à vis et à palettes, utilisent des éléments rotatifs pour déplacer le fluide.

La pression générée par ces pompes est déterminée par la résistance du système et elles peuvent atteindre des pressions élevées sans chute significative du débit. Il est important de noter qu'une pompe volumétrique continuera à produire du débit même contre une décharge fermée, ce qui entraînera une augmentation rapide de la pression, ce qui rend nécessaire l'utilisation de soupapes de décharge ou de sécurité.

Comparaison des pompes centrifuges et volumétriques

Mécanisme de fonctionnement

Les pompes centrifuges fonctionnent à l'aide d'une turbine qui transmet de l'énergie cinétique au fluide, ce qui augmente la vitesse et par conséquent la pression, le faisant ainsi circuler dans la pompe. Elles ne retiennent pas des volumes fixes de fluide, mais créent une pression pour déplacer le fluide.

Les pompes à déplacement positif, quant à elles, fonctionnent en piégeant un volume fixe de fluide dans une chambre et en le forçant à sortir dans la conduite de refoulement à l'aide d'une action mécanique. Ce mécanisme de déplacement direct leur permet de maintenir un débit constant quelles que soient les variations de pression.

Caractéristiques du débit

Les pompes centrifuges présentent un débit variable qui change en fonction de la pression du système. Lorsque la pression augmente, le débit diminue, et vice-versa.

Les pompes volumétriques fournissent un débit quasiment constant, indépendamment des variations de pression. Le débit est proportionnel à la vitesse de fonctionnement de la pompe, ce qui les rend idéales pour les applications nécessitant un débit prévisible et constant.

Gestion de la viscosité

Les pompes centrifuges sont particulièrement adaptées aux fluides à faible viscosité tels que l'eau, les solvants et les huiles légères. Leurs performances diminuent considérablement avec les fluides à viscosité plus élevée en raison des pertes par frottement accrues à l'intérieur de la pompe. Le débit diminue rapidement à mesure que la viscosité augmente.

Les pompes à déplacement positif sont idéales pour le traitement des fluides à haute viscosité, tels que les huiles épaisses, les sirops et les boues. Le débit peut en fait augmenter avec l'augmentation de la viscosité. Elles sont conçues avec des jeux internes qui s'adaptent aux fluides épais, garantissant un débit constant quelle que soit la viscosité.

Capacités de levage par aspiration

Les pompes centrifuges standard ne sont pas auto-amorçantes et ne peuvent pas créer de hauteur d'aspiration, ce qui signifie qu'elles ne peuvent pas aspirer le fluide vers le haut dans la pompe.

Les pompes à déplacement positif, en raison de leur conception, peuvent créer un vide du côté de l'entrée, leur permettant d'aspirer des fluides sous le niveau de la pompe, offrant ainsi des capacités de levage par aspiration.

Considérations relatives au cisaillement

Les pompes centrifuges, avec leurs roues à grande vitesse, peuvent provoquer un cisaillement des fluides, ce qui peut être un problème pour les matériaux sensibles au cisaillement. Le moteur à grande vitesse peut dégrader le fluide lors de son passage dans la pompe.

Les pompes volumétriques produisent moins de cisaillement, ce qui en fait un meilleur choix pour les fluides sensibles aux contraintes mécaniques ou ceux contenant des solides fragiles. Elles sont souvent utilisées pour manipuler en douceur les fluides sensibles au cisaillement et ceux contenant des solides fragiles.

Exigences en matière de maintenance

Les pompes centrifuges nécessitent généralement moins d'entretien en raison de leur conception simple et du nombre réduit de pièces mobiles. Elles sont donc adaptées à un fonctionnement continu. Cependant, des problèmes tels que la cavitation, l'usure de la roue et les fuites des joints peuvent nécessiter une attention particulière.

Les pompes à déplacement positif ont généralement des mécanismes plus complexes avec plusieurs pièces mobiles, ce qui entraîne des exigences de maintenance plus élevées.

Différences de coûts typiques

Les pompes centrifuges sont généralement plus économiques à l'achat en raison de leur conception plus simple et de leur large disponibilité. Elles ont également souvent des coûts de maintenance plus faibles.

Les pompes volumétriques ont des coûts initiaux plus élevés, en particulier pour les types spécialisés, en raison de leur conception plus complexe. Elles ont également des coûts de maintenance plus élevés en raison des composants internes plus complexes et des pièces plus sujettes à l'usure. Cependant, elles peuvent être plus économes en énergie lorsqu'elles manipulent des fluides à haute viscosité.

Applications typiques

Les pompes centrifuges sont couramment utilisées pour les applications impliquant des fluides à faible viscosité et des débits élevés. Il s'agit notamment de l'approvisionnement et de la circulation d'eau, de l'irrigation, du traitement des eaux usées, du traitement chimique, de la production de pétrole et de gaz, des systèmes CVC et de la production d'électricité. Elles sont également utilisées pour transférer et traiter de grandes quantités de liquide pendant les processus de cuisson, d'emballage ou de nettoyage dans la transformation des aliments.

Les pompes volumétriques sont privilégiées pour les applications qui nécessitent un dosage précis, une pression élevée et la manipulation de fluides visqueux ou sensibles au cisaillement. Les utilisations typiques comprennent le pompage d'huiles épaisses, le dosage de produits chimiques, le transfert d'ingrédients, de sirops et de produits finis dans la transformation des aliments, la manipulation de fluides corrosifs, abrasifs et à haute viscosité dans le traitement chimique et le dosage précis dans les produits pharmaceutiques.

Comment choisir la pompe adaptée à votre application

Définition des exigences de votre système

La première étape consiste à définir clairement les exigences de votre système. Cela comprend la compréhension du fluide à pomper, du débit requis, de la pression nécessaire et des conditions de fonctionnement spécifiques. Déterminez le volume de fluide à déplacer dans un laps de temps donné. Le débit est généralement mesuré en gallons par minute (GPM) ou en litres par minute (LPM).

Évaluez la pression totale ou la hauteur manométrique que la pompe doit surmonter. Cela comprend la hauteur manométrique statique (la distance verticale sur laquelle le fluide doit être soulevé) et les pertes par frottement dans le système de tuyauterie.

Propriétés du fluide

Les propriétés du fluide pompé sont un facteur clé dans le choix de la pompe adaptée. La viscosité, qui fait référence à l'épaisseur du fluide ou à sa résistance à l'écoulement, affecte les performances des deux types de pompes. Les pompes centrifuges conviennent aux fluides à faible viscosité, tandis que les pompes volumétriques sont plus adaptées aux fluides à haute viscosité. D'autres propriétés du fluide telles que la densité, la corrosivité et la présence de solides doivent également être prises en compte.

Exigences de débit

Le débit requis est un paramètre critique. Si l'application nécessite un débit élevé et constant à des pressions plus faibles, une pompe centrifuge peut être adéquate pour les applications à faible viscosité. Cependant, si l'application nécessite un débit constant même sous des pressions variables, une pompe volumétrique est une meilleure option, surtout si la viscosité est élevée. En cas de fluctuations de la demande, une pompe centrifuge peut mieux s'adapter.

Besoins en pression (tête)

Les exigences de pression ou de hauteur manométrique du système sont également importantes. Si l'application nécessite une pression élevée, une pompe volumétrique est généralement plus adaptée, car elle peut fournir un débit constant sans chute de pression significative. Les pompes centrifuges sont plus efficaces pour les applications à basse pression et peuvent voir leur débit chuter considérablement lorsque la pression augmente.

Besoins en énergie

La puissance requise par la pompe influe sur les coûts d'exploitation. Les pompes centrifuges sont économes en énergie dans des conditions optimales. Les pompes volumétriques sont plus efficaces pour traiter des fluides très visqueux et peuvent maintenir leur efficacité sur une large plage de pressions.

Tenez également compte de la vitesse de fonctionnement de chaque type de pompe, car les pompes centrifuges ont tendance à fonctionner à des vitesses plus élevées tandis que les pompes volumétriques fonctionnent à des vitesses plus faibles. Ces différences de vitesses de fonctionnement peuvent avoir un impact sur la durée de vie des joints et peuvent influencer le processus de sélection.