Dans l’univers des équipements industriels, les pompes représentent des dispositifs fondamentaux pour le transfert de fluides. Au cœur de nombreux procédés industriels, ces équipements techniques se déclinent en différentes technologies adaptées à des applications spécifiques. Les pompes industrielles se divisent principalement en deux grandes familles technologiques, chacune reposant sur des principes physiques distincts et présentant des caractéristiques opérationnelles propres : Les pompes centrifuges – Les pompes volumétriques.
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Les pompes industrielles centrifuges
Principe de fonctionnement
Nous vous présentons, dans cette vidéo, le fonctionnement typique de la pompe centrifuge. Cette pompe exploite la force centrifuge générée par une roue à aubes (impulseur – turbine) tournant à grande vitesse. Ce mouvement rotatif rapide provoque l’accélération des particules et génère le flux liquide. Du fait du principe de fonctionnement de la pompe centrifuge, on comprend aisément que le fluide transféré dans la pompe doit être de basse viscosité. En cas de viscosité importante, les particules adhèrent à la turbine, empêchant ou réduisant ainsi leur centrifugation et empêchant ou réduisant ainsi le flux liquide.
Caractéristiques techniques
- Pression : Généralement modérée, mais peut atteindre des valeurs importantes dans les configurations multi-étages
- Débit : Élevé et constant
- Rendement : 40-85% selon la conception et le point de fonctionnement
- NPSH requis : Relativement élevé, nécessitant une attention particulière pour éviter la cavitation
- Viscosité des fluides : Optimale pour les fluides à faible viscosité (<60 cSt pour les turbines fermées – <300 cSt pour les turbine semi-ouvertes)
3 catégories principales de pompes centrifuges
Pompes centrifuges radiales
- Configuration : Écoulement perpendiculaire à l’axe de rotation
- Applications : Traitement des eaux, industrie chimique, circulation d’eau de refroidissement
- Spécificités : Forte hauteur manométrique, débit moyen
Pompes centrifuges axiales
- Configuration : Écoulement parallèle à l’axe de rotation
- Applications : Systèmes d’irrigation, stations de pompage d’eaux pluviales
- Spécificités : Hauteur manométrique faible, débit très élevé
Pompes centrifuges à flux mixte
- Configuration : Écoulement diagonal, combinant les caractéristiques des types radial et axial
- Applications : Systèmes de circulation, applications nécessitant un compromis entre hauteur et débit
- Spécificités : Performance intermédiaire entre les pompes radiales et axiales
Avantages technologiques
- Conception simple et robuste
- Fonctionnement sans pulsations
- Capacité à gérer des particules solides en suspension (selon le modèle)
- Maintenance relativement simple
- Coût d’acquisition généralement inférieur aux pompes volumétriques
- Absence de soupapes susceptibles de s’obstruer
Limitations
- Amorçage généralement non autonome
- Sensibilité à la cavitation
- Rendement qui chute rapidement hors du point de fonctionnement optimal
- Performance limitée avec les fluides très visqueux (Baisse de débit)
Les pompes industrielles volumétriques
Principe de fonctionnement
Les pompes volumétriques fonctionnent par déplacement positif : elles capturent un volume précis de fluide dans une chambre fermée, puis le déplacent mécaniquement vers la sortie de la pompe. On pourrait comparer la pompe volumétrique à un ascenseur qui se remplit de quelques particules à l’aspiration, les déplace et enfin les libère au refoulement.
Caractéristiques techniques
- Pression : Très élevée possible (jusqu’à plusieurs centaines de bars)
- Débit : Généralement inférieur aux pompes centrifuges mais extrêmement précis
- Rendement : 70-95%, supérieur aux pompes centrifuges
- Auto-amorçage : Excellentes capacités d’auto-amorçage pour la majorité d’entre-elles
- Viscosité des fluides : Excellente performance avec les fluides visqueux (jusqu’à 1 000 000 cSt pour certains modèles)
2 catégories principales de pompes volumétriques
Pompes volumétriques alternatives
Nous vous présentons ici le fonctionnement d’une pompe volumétrique alternative : La pompe pneumatique à membranes. Vous constatez que cette pompe définit 2 volumes pompants qui se vident chacun leur tour sous l’effet des déformations des 2 membranes. Si vous observez le fonctionnement, il apparait aisément que lorsqu’un volume pompant se vide de son liquide, le second se remplit. Le mouvement de va et vient des membranes provoque naturellement, avec ce type de pompes, un débit pulsatoire parfois gênant dans certaines applications et celles notamment intégrant un comptage du débit.
Pompes pneumatiques à membranes
- Mécanisme : Une membrane flexible se déformant pour aspirer puis refouler le fluide
- Applications : Transfert de fluides corrosifs, dangereux ou chargés en particules. Industries chimiques. Industries alimentaires. Traitement des eaux usées.
- Spécificités : Étanchéité parfaite, sécurité accrue pour les fluides dangereux. Fonctionnement possible à sec, auto-amorçage
Pompes volumétriques rotatives
Vous pouvez visualiser ici, le fonctionnement d’une pompe volumétrique rotative très connue : La pompe à engrenage interne. Vous distinguez le rotor extérieur, le pignon intérieur et le « croissant » délimitant 2 volumes pompants distincts. Le pignon n’est pas concentrique au rotor.
Pendant la rotation, toutes les cavités délimitées par la denture du pignon et la denture du rotor se remplissent de liquide. La rotation déplace ces volumes de l’aspiration jusqu’au refoulement. La pompe génère un flux par déplacement de petits volumes. C’est bien une pompe volumétrique.
Pompes à engrenages
- Mécanisme : Deux engrenages en rotation créant des chambres de pompage
- Applications : Lubrification, transfert d’huiles et fluides visqueux
- Spécificités : Compacité, pression modérée à élevée, débit régulier
Pompes à lobes
- Mécanisme : Rotors à lobes tournant sans contact dans un corps de pompe
- Applications : Industries alimentaires, pharmaceutiques, cosmétiques
- Spécificités : Manipulation délicate des produits, nettoyage facile, passage de solides
Pompes péristaltiques
- Mécanisme : Compression et relâchement séquentiel d’un tube flexible
- Applications : Dosage précis, biotechnologies, transfert de fluides stériles
- Spécificités : Absence de contact entre le fluide et la pompe, stérilité, précision
Pompes à vis excentrée
- Mécanisme : Rotor hélicoïdal tournant dans un stator élastomère
- Applications : Transfert de boues, fluides très visqueux ou chargés en particules
- Spécificités : Débit régulier non pulsatoire, excellente capacité d’aspiration
Avantages technologiques
- Débit constant indépendamment de la pression de refoulement
- Débit proportionnel à la vitesse de rotation
- Auto-amorçage efficace pour la plupart d’entre-elles
- Performance excellente avec les fluides visqueux
- Précision de dosage supérieure
- Capacité de développer des pressions très élevées
Limitations
- Coût d’acquisition et maintenance généralement plus élevés
- Sensibilité aux particules abrasives (selon le modèle)
- Débit souvent pulsatoire (pour les types alternatifs)
- Composants d’usure plus nombreux
- Risque de surpression en cas d’obstruction (La règle de l’art impose la protection de la pompe et de l’installation de refoulement par un « Bypass de sécurité »)
Critères de sélection pour votre application industrielle
Le choix entre une pompe centrifuge et une pompe volumétrique doit prendre en compte plusieurs paramètres essentiels :
- Nature du fluide : viscosité, présence de particules, propriétés chimiques
- Caractéristiques hydrauliques requises : débit, pression, hauteur manométrique
- Conditions d’installation : NPSH disponible, contraintes d’espace
- Exigences opérationnelles : précision de dosage, variabilité du débit
- Considérations économiques : coût initial, efficacité énergétique, maintenance
- Contraintes réglementaires : normes sanitaires, ATEX, API
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