Comment calculer la tête de décharge d'une pompe à débit mixte verticale?
En tant que fournisseur de pompes à débit mixtes verticales, je reçois souvent des demandes de renseignements des clients sur la façon de calculer la tête de décharge de ces pompes. Comprendre la tête de décharge est crucial pour une bonne sélection de pompes et une conception du système. Dans cet article de blog, j'expliquerai les concepts clés et les étapes impliqués dans le calcul de la tête de décharge d'une pompe à débit mixte verticale.
Comprendre les bases de la tête de décharge
La tête de décharge d'une pompe fait référence à l'énergie totale par poids unitaire du fluide que la pompe confère au liquide. Il s'agit d'une mesure de la capacité de la pompe à soulever et à déplacer le liquide contre la gravité et à surmonter les pertes de friction dans le système de tuyauterie. La tête de décharge est généralement exprimée en unités de longueur, telles que les mètres ou les pieds.
Il y a deux composantes principales de la tête de décharge: la tête statique et la tête de friction.
Tête statique
La tête statique est la distance verticale entre la ligne médiane de la pompe et le point le plus élevé du point de décharge du système. Il représente l'énergie nécessaire pour soulever le liquide contre la gravité. Il existe deux types de tête statique: la tête statique d'aspiration et la tête statique de décharge.
- Tête statique d'aspiration: Si la source de fluide est au-dessus de la ligne médiane de la pompe, la tête statique d'aspiration est positive. Si la source de fluide est inférieure à la ligne médiane de la pompe, la tête statique d'aspiration est négative et elle est souvent appelée levage d'aspiration.
- Tête de décharge statique: Il s'agit de la distance verticale de la ligne médiane de la pompe au point le plus élevé de la décharge.
Tête de friction
La tête de friction est la perte d'énergie due à la friction entre le fluide et la surface intérieure des tuyaux, des raccords, des vannes et d'autres composants du système de tuyauterie. La tête de friction dépend de plusieurs facteurs, notamment le débit, le diamètre du tuyau, la longueur du tuyau, la rugosité de l'intérieur du tuyau et le type de raccords et de vannes utilisés.
Étapes pour calculer la tête de décharge
Pour calculer la tête de décharge d'une pompe à débit mixte verticale, vous pouvez suivre ces étapes:
Étape 1: Déterminez la tête statique
- Mesurer ou obtenir la différence d'élévation entre la source de fluide et la ligne médiane de la pompe pour déterminer la tête statique d'aspiration (HSS).
- Mesurer ou obtenir la différence d'élévation entre la ligne médiane de la pompe et le point le plus élevé de la décharge pour déterminer la tête statique de décharge (HDS).
- La tête statique totale (HST) est la somme de la tête statique d'aspiration et de la tête statique de décharge: HST = HSS + HDS
Étape 2: Calculez la tête de frottement
- Débit: Tout d'abord, déterminez le débit requis (q) du système. Ceci est généralement basé sur les exigences de l'application, telles que la quantité d'eau nécessaire à l'irrigation ou le volume de liquide à transférer dans un temps donné.
- Caractéristiques des tuyaux: Rassemblez des informations sur le système de tuyaux, y compris le diamètre du tuyau (D), la longueur du tuyau (L) et la rugosité de l'intérieur du tuyau (ε). Différents types de tuyaux ont des valeurs de rugosité différentes. Par exemple, les tuyaux en plastique lisse ont une rugosité plus faible par rapport aux tuyaux en fer à base.
- Facteur de friction: Utilisez une méthode pour calculer le facteur de frottement (F). Une méthode courante est l'équation Colebrook - blanche ou le graphique de mauvaise humeur. Pour le flux laminaire (nombre de Reynolds RE <2000), le facteur de frottement peut être calculé en utilisant la formule F = 64 / Re, où RE = ρVD / μ (ρ est la densité du fluide, V est la vitesse du fluide, D est le diamètre du tuyau, et μ est la viscosité dynamique du fluide). Pour l'écoulement turbulent, le calcul est plus complexe et le graphique de mauvaise humeur ou les corrélations empiriques sont souvent utilisés.
- Formule de tête de friction: La tête de frottement (HF) peut être calculée en utilisant l'équation de Darcy - Weisbach: Hf = f * (L / D) * (V² / 2G), où V est la vitesse du fluide dans le tuyau (V = Q / A, A est la zone transversale du tuyau), G est l'accélération due à la gravité (G = 9.81 m / s²).
- Raccords et vannes: En plus du frottement du tuyau, vous devez tenir compte des pertes de frottement des raccords et des vannes. Chaque raccord et valve a une longueur (LE) équivalente qui peut être ajoutée à la longueur réelle du tuyau. La tête de friction due aux raccords et aux vannes peut être calculée de la même manière que la tête de frottement du tuyau.
Étape 3: Calculez la tête de décharge
La tête de décharge (HD) de la pompe est la somme de la tête statique totale et de la tête de frottement totale: HD = HST + HF
Exemple de calcul
Supposons que nous ayons un système de pompe à débit mixte verticale pour une application d'irrigation.
- La source d'eau est un puits et le niveau d'eau dans le puits est à 2 mètres sous la ligne médiane de la pompe (ascenseur d'aspiration, HSS = - 2 m).
- Le point de décharge est un système de gicleurs situé à 10 mètres au-dessus de la ligne centrale de la pompe (tête statique de décharge, HDS = 10 m). Ainsi, la tête statique totale HST = HSS + HDS = -2 + 10 = 8m.
- Le débit Q requis est de 50 m³ / h. Le diamètre du tuyau D est de 100 mm (0,1 m) et la longueur du tuyau L est de 50 m. Le tuyau est en PVC, avec une rugosité ε = 0,0015 mm.
- Tout d'abord, calculez la vitesse du fluide v: a = π * (d² / 4) = π * (0,1² / 4) = 0,00785 m². V = q / (3600 * a) = 50 / (3600 * 0,00785) ≈1,77 m / s.
- Calculez le nombre de Reynolds RE = ρvd / μ. En supposant de l'eau à 20 ° C, ρ = 1000 kg / m³ et μ = 0,001 Pa · s. Re = (1000 * 1,77 * 0,1) /0.001 = 177000 (flux turbulent).
- À l'aide du graphique de mauvaise humeur ou d'une corrélation appropriée, supposons le facteur de frottement f = 0,02.
- Calculez la tête de frottement hf = f * (l / d) * (v² / 2g) = 0,02 * (50 / 0,1) * (1,77² / (2 * 9,81)) ≈1,58m.
- La tête de décharge HD = HST + HF = 8 + 1,58 = 9,58 m
Importance du calcul précis de la tête de décharge
Le calcul avec précision de la tête de décharge est essentiel pour plusieurs raisons:
- Sélection de la pompe: Il aide à sélectionner la bonne pompe pour l'application. Si la tête de décharge calculée est trop faible, la pompe peut ne pas être en mesure de soulever le liquide à la hauteur requise ou de surmonter les pertes de friction. Si la tête de décharge calculée est trop élevée, une pompe surdimensionnée peut être sélectionnée, ce qui peut entraîner une consommation d'énergie plus élevée et des coûts inutiles.
- Performance du système: Une tête de décharge correctement calculée garantit que la pompe fonctionne dans sa plage optimale, offrant des performances efficaces et fiables. Il aide à éviter des problèmes tels que la cavitation, ce qui peut endommager la pompe et réduire sa durée de vie.
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Références
- Crane, DS (1988). Écoulement des fluides à travers les vannes, les raccords et les tuyaux. Document technique n ° 410m. Crane Co.
- Streeter, VL et Wylie, EB (1981). Mécanique des fluides. McGraw - Hill.