Qu’est-ce que la pression de vapeur saturante d’un fluide ?
La pression de vapeur saturante est définie par la pression à laquelle les molécules du liquide se transforment en vapeur. Il est possible de faire évaporer un liquide, sans faire varier sa température, en abaissant la pression ambiante au-dessous de sa pression de vapeur saturante. Il est à noter que la pression de vapeur pour tous les liquides varie avec la température. Il est important de comprendre que la pression de vapeur et la température sont liées.
Quelle conséquence dans le cas de l’eau ?
Cette dépression vaporisant l’eau est atteinte lorsque l’on veut aspirer une colonne d’eau avoisinant les 10 mètres, l’eau se vaporise et libère du gaz qui comble la dépression, il est ainsi impossible de pomper a plus de 8-10 mètres de profond en aspirant.
Il faut donc pomper le fluide par refoulement, et placer la pompe dans le fond du puit…
Qu’est-ce que la cavitation ?
Lorsque l’on aspire un liquide dans un conduit on crée une dépression, si cette baisse de pression fait descendre la pression du liquide au-dessous de sa pression de vapeur saturante, le liquide se met en ébullition, il se transforme en gaz. En se formant ces bulles augmentent le volume de fluide présent dans la zone de basse pression ce qui a pour effet d’augmenter la pression en certains endroits où la bulle de gaz se condense violemment en implosant. Les chocs créés par l’éclatement des bulles détruisent les parois des organes en contact avec le fluide. On appelle ce phénomène la cavitation.
Dans le cas d’une pompe ?
La cavitation apparait dans une pompe quand la pression et la température du liquide à l’entrée de la turbine égale la pression de vapeur saturante du fluide. La cavitation peut apparaitre à basse pression et à des températures de fonctionnement normales. Localement, elle résulte de la vaporisation du liquide en créant de très hautes températures et pressions qui peuvent atteindre 10 000°C et 10 000Bar. On reconnait la cavitation par un bruit fort et des vibrations. Les bulles de vapeur dans l’eau implosent bruyamment et cela est suivi par un impact mécanique lourd qui peut détruire la pompe si le phénomène persiste. La cavitation provoque des piqûres de corrosion sur la roue et le corps de pompe qui entraine une altération des caractéristiques, des dégâts mécaniques qui peuvent conduire à la destruction complète de la pompe. Souvent le premier symptôme est la vibration. Il faut noter que les vibrations endommagent également d’autres composants tels que l’arbre, les roulements et les joints.
Comment supprimer la cavitation ?
Sans changer les conditions d’aspiration ou les propriétés du liquide pendant le fonctionnement, la cavitation peut être supprimée le plus facilement lors du dimensionnement. La clé est la compréhension du NPSH et sa prise en compte pour la détermination (voir article du 17/07/2018).
Rappel :
NPSH est défini par la différence entre la pression disponible à l’entrée de la pompe et la pression de vapeur du liquide. Il est important de garder en mémoire que la pression de vapeur est différente en fonction des liquides et qu’elle varie en fonction de la température et de la pression atmosphérique. Il est également important de se rappeler que la pression disponible à l’entrée de la pompe est ce qui reste après le décompte des pertes par friction, des pertes dues à la vitesse et des pertes aux entrées et sorties du système de pompage. Durant la détermination, il est indispensable de calculer toutes les pertes par friction, les pertes d’entrée et sortie et les pertes du processus générées dans les canalisations pour définir la pression d’aspiration disponible à la pompe. Malheureusement, quand la pompe est installée nous subissons la pression nette disponible à la pompe.
Conclusion :
Il n’y a pas d’autre solution que de déterminer la pompe en fonction du réseau. Pendant le dimensionnement le NPSH réseau (qui est indépendant de la pompe) peut être déterminé plutôt facilement. Après avoir déterminé le NPSH réseau, on peut le comparer au NPSH constructeur des pompes sélectionnées. Il est plus facile de changer le modèle quand on la déterminé qu’une fois installée. Il est fortement recommandé d’intégrer toute modification nécessaire à la détermination plutôt qu’après installation.
La cavitation dans une installation peut être éliminée de deux façons seulement :
La première est d’accroitre le NPSH réseau à la pompe ou réduire le NPSH constructeur par la pompe. Pour accroitre le NPSH réseau, cela dépendra du système et de sa nature. On peut augmenter la pression d’entrée dans la pompe ou réduire les pertes de frottements dans la canalisation en en réduisant les coudes et composants. Malheureusement ces solutions sont rarement réalisables, financièrement ou techniquement.
La deuxième solution serait de remplacer les pompes par des modèles ayant un NPSH constructeur plus faible. Il n’y a pas d’autre alternative que de bien déterminer la pompe sans considération de coût immédiat. Il est préférable de déplacer la pompe pour réduire le NPSH du réseau.
La bonne détermination est toujours la meilleure solution pour supprimer la cavitation.