Dans l’industrie, on est particulièrement attentif au dimensionnement des pompes, car elles sont au cœur des process de production. Mais qu’est-ce qu’une pompe bien dimensionnée ? Et surtout, comment s’y prendre pour établir des calculs fiables ? Morgane Dannoux, responsable du service Procédés chez 2c2i, recommande de faire appel à une entreprise d’ingénierie qui fournit des calculs précis, véritable aide au choix des pompes les mieux adaptées à la situation et au projet. Explications.
Qu’est-ce qu’une pompe bien dimensionnée ? « C’est une pompe qui transfère un fluide – eau potable, effluent, boue acide, base… – d’un point A à B en continu sans consommer trop d’énergie, répond Morgane Dannoux. Encore faut-il bien définir les caractéristiques d’une pompe performante. »
Un équilibre entre pression, débit et hauteur.
Le premier critère à prendre en compte dans le dimensionnement des pompes est le NPSH, ou Net Pressure Succion High, c’est-à-dire la hauteur d’aspiration positive nette. Si cette différence entre la pression d’aspiration et le niveau de pression dans la pompe n’est pas conforme, la perte de charge est trop importante, la pression à l’intérieur du système trop faible entraînant un problème de cavitation, des bruits suspects, voire la panne totale.
« La Hauteur Manométrique Totale, ou HMT, doit également être calculée pour établir quelle sera la pompe la plus adaptée à vos besoins, » conseille Morgane Dannoux. Ce second critère détermine la pression totale que doit fournir la pompe, prenant en compte la pression en amont et celle souhaitée en sortie, ainsi que la hauteur d’aspiration (par rapport au niveau du fluide), celle de refoulement (par rapport au point d’utilisation le plus haut) et les pertes de charges liées à la circulation du fluide. « Imaginez un château d’eau haut de 10 m, propose-t-elle. Le courant, la gravité, la hauteur agissent en résistant à la montée de l’eau. La pompe nécessaire à envoyer l’eau au réservoir au sommet de l’édifice doit développer une pression de 10 mètres de colonne d’eau correspondant à 1 bar environ. » Si la HMT est trop faible, la pompe ne sera pas assez puissante pour assurer sa fonction.
Mais pas question de surdimensionner la pompe pour être tranquille, car on risque d’avoir une pression trop forte au final. « Il convient alors de réduire le débit avec un diaphragme de restriction par exemple pour rééquilibrer la pression, » confie Morgane Dannoux. Ce qui conduit à l’ultime critère des pompes : les plages de débits, dont dépendent le NPSH et la HMT. La boucle est bouclée.
Un logiciel plutôt qu’un tableau Excel.
Le choix judicieux des pompes permet d’améliorer la fiabilité du fonctionnement de l’usine et son bilan économique. Pourtant, bon nombre d’ingénieries continuent de se fier uniquement aux données ″constructeur″ ou à effectuer leurs calculs sur les pompes des réseaux hydrauliques à partir d’un tableau Excel.
« Chez 2c2i, nous avons décidé d’utiliser un logiciel de simulation dynamique des fluides (AFT FATHOM), pour dimensionner les pompes en calculant les critères précédemment décrits, ainsi que la géométrie du réseau, confie Morgane Dannoux. Non seulement ce logiciel donne des résultats très proches de la réalité, mais en plus il dispose d’une importante bibliothèque d’éléments de tuyauterie (vannes, diamètres…) référencés à partir de la littérature existante. » L’équipe Procédés apprécie en plus la rapidité d’exécution et la convivialité de l’interface, qui permet de rédiger des présentations claires et visuelles pour les clients. « Ce logiciel est enfin particulièrement utile pour les réseaux maillés, qui distribuent les fluides d’un point A à plusieurs points B, complète-t-elle. À la main avec un tableau Excel, les calculs sont quasiment impossibles à faire, tellement ils sont complexes. AFT FATHOM les simplifie à l’extrême. »
Quelques situations complexes dans l’hydraulique.
Les situations où l’intérêt de faire appel à une ingénierie experte pour s’assurer du dimensionnement des pompes d’une installation industrielle sont nombreuses. « Prenons l’exemple d’une prestation réalisée pour concevoir une nouvelle installation pour un industriel de la chimie, suggère Morgane Dannoux. Nous devions dimensionner plusieurs centaines de pompes, destinées à transférer plus de 80 types de produits différents. Dans ce cas présent, notre logiciel était indispensable. »
Même constat lorsque les calculs concernent l’industrie nucléaire lorsque l’argile se mêle à l’eau qui doit être transportée, ou une usine d’adhésifs. Dans les deux cas, les fluides présentent une viscosité complexe. Le logiciel utilisé par 2c2i pour effectuer ses calculs intègre des courbes de viscosité, qui permettent de garantir la justesse des résultats.
« Notre expertise touche aussi les calculs d’installations existantes, conclut-elle. Pour STMicroelectronics, nous avons mesuré les débits réels d’un réseau d’évacuation d’eau acide destinée au nettoyage des puces électroniques. Nos calculs ont permis à la fois de montrer que le dimensionnement des pompes était judicieux et que les canalisations s’étaient encrassées au fil du passage des eaux acides usées. »
