Votre pompe présente des bruits de cailloux lors de son fonctionnement ou des tirs de chevrotines sur les aubes de la roue lors de son inspection visuelle.
Il s’agit probablement d’un problème de cavitation mais comment le vérifier et comment s’en prémunir ?
Pour cela, il faudra comprendre le NPSH et son calcul qui est très abstrait et ne peut se mesurer avec un appareil sur site.
Quelques notions théoriques avant de passer à la phase calcul et tout deviendra plus clair.
Le NPSH représente les initiales en anglais du terme Net Positive Suction Head que nous pourrions traduire littéralement par Pression d’aspiration nette positive.
Il n’y a pas d’appareils de mesure dans le commerce qui vous permettrait d’indiquer la valeur du NPSH à un moment donné dans une pompe ou à un point particulier de votre circuit. Seul un calcul arithmétique simple vous donnera ce résultat.
Comment ressentir cette notion de NPSH par une image simpliste ?
Imaginez que vous avez un bassin, même positionné en hauteur (+3m, par exemple, par rapport à une pompe donnée). Vous désirez pomper 20 m3/h avec cette pompe depuis ce bassin. La pompe est en charge et votre effluent vient s’écouler naturellement dans la bride d’aspiration de la pompe.
Toutefois, pour ce débit, vous n’avez qu’une canalisation d’aspiration de DN10. Vous imaginez bien que le débit passant dans cette canalisation et poussé par la pression atmosphérique sur le plan d’eau du bassin situé à + 3 m ne permettra pas d’alimenter la pompe à concurrence de 20 m3/h. C’est ce que le calcul du NPSH va permettre de confirmer. Ici, les pertes de charges à l’aspiration seront trop importantes pour le débit escompté.
Revenons à la théorie. On distingue le NPSHa (available ou disponible) du NSPHr (required ou requis)
Le NPSHa est fonction de votre application. Les caractéristiques de votre effluent, le circuit à l’aspiration, … En agissant sur le diamètre de notre canalisation dans notre petit exemple ci-dessus, on pourra augmenter ce NPSHa.
Le NPSHr est fonction de la pompe qui sera installée dans ce circuit ainsi que du débit de celle-ci. Sur le courbe de la pompe, vous devriez retrouver une parabole qui vous permettra de définir le NPSH requis pour le débit escompté et pour la vitesse de rotation de la pompe.
Si la différence entre le NPSHa disponible et le NPSHr requis par la pompe est négatif, la pompe va caviter.
Dans le cadre d’un bassin à l’aspiration dont son plan d’eau est à pression atmosphérique, le calcul sera une succession de soustractions depuis la pression atmosphérique (10,33 mcE). Notez que si votre effluent présente une densité différente de l’eau, il faudra en tenir compte dans la pression atmosphérique de base. (Pression /densité)
On viendra soustraire à la pression atmosphérique les éléments suivants :
• L’altitude du projet. En fonction de cette altitude, la pression atmosphérique sera réduite et c’est ce paramètre exprimé en mètre qui permet d’en tenir compte. Une table reprend ces valeurs correctrices.
• La température de l’effluent à pomper. Il s’agit donc de la tension de vapeur de l’eau exprimée en mètre. Au plus la température est élevée, au plus cette valeur sera importante. Une table reprend ces valeurs en fonction des spécificités de l’effluent à relever.
• La hauteur d’aspiration. Si le plan d’eau du bassin est au-dessus de la pompe, cela viendra « aider » la pompe à recevoir le liquide. Si le plan d’eau est sous la pompe, cela rendra l’opération de gavage de la pompe plus difficile.
• Les pertes de charge à l’aspiration. C’est ce qui a fait caviter notre pompe dans notre exemple ci-dessus. C’est le seul élément qui va fluctuer en fonction du débit de la pompe.
• Le coefficient de sécurité qui permet de tenir compte des imprécisions sur les pressions, les valeurs de pertes de charge, … Il est habituellement de 0,5 à 0,6 m et définit par le constructeur.
A cette soustraction, nous viendrons soustraire finalement le NPSH requis par la pompe. Le résultat final devra être égale ou supérieur à 0 pour éviter toute cavitation de votre pompe.
Il est important de calculer ce NPSH dans les conditions les plus défavorables.
Avec la température de votre effluent la plus importante et un niveau d’eau le plus bas dans votre bassin, pour le débit maximum désiré.
Physiquement, lorsque le NPSH de votre application est négatif, votre effluent va passer de la phase liquide à la phase gazeuse au sein de la pompe (voir le graphique ci-contre).
Il ne s’agit donc pas de bulles d’air comme beaucoup le pense mais des bulles d’eau qui vont changer d'état.
Lorsque celles-ci reviennent dans une zone à pression plus importante, ces bulles vont imploser, libérant une énergie très importante. Cette énergie libérée va pouvoir impacter les métaux situés à proximité en enlevant ponctuellement de la matière. Ce sont les impacts de "chevrotines" visibles sur les roues subissant cette cavitation.
Ces impacts vont également entrainer des vibrations qui peuvent affecter les arbres, les garnitures mécaniques et les roulements.
Certaines métallurgies peuvent être moins impactées que d’autres au phénomène de cavitation. C’est le cas d’acier inoxydable duplex, par exemple, mais cela n’enlève en rien les impacts de vibration sur le reste de la pompe.
En conclusion,
Le calcul du NPSH est réellement un calcul indispensable à réaliser, certainement lorsqu’un bruit de cailloux est perceptible dans votre pompe ou que des impacts sont visibles sur les aubes de votre roue.
En connaissant les paramètres qui vont influencer le calcul du NPSH, l’opérateur pourra adapter les niveaux d’eau dans la fosse d’aspiration, la température de l’eau ainsi que le débit de la pompe (NPSH requis par la pompe).
Comme souvent, en prenant le temps de comprendre l’environnement dans lequel la pompe va devoir évoluer, on pourra la préserver de maintenances curatives couteuses en temps et en argent.
Gamme de débit jusqu’à près de 900 m3/h - Pression de refoulement jusqu'à 3 bars - Passage libre jusqu’à 76 mm - Différents types de métallurgies et de joints en fonction de l’effluent à relever.
Dans le cas d’une réhabilitation d’un poste existant ou lorsque seul un regard est disponible, la station “hors sol” permettra de mettre en oeuvre la solution de pompage au débit et à la pression que requiert l’application, sans devoir changer le génie civil en place.