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RÉSUMÉ
Cet article décrit les propriétés constructives, les principales performances ainsi que les avantages et inconvénients des différents principes de pompes volumétriques destinées au pompage des liquides. Sont analysées successivement les pompes rotatives (pompes à engrenages, à palettes, à vis, à lobes...) puis les pompes alternatives (pompes à pistons, à membrane...).
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Bernard de CHARGÈRES : Ingénieur de l'École spéciale de Mécanique et d'Électricité (ESME-SUDRIA), société Baudot-Hardoll
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Robert REY : Ingénieur Arts et Métiers - Professeur à l'École nationale supérieure d'Arts et Métiers, CER Paris-ENSAM-ParisTech
INTRODUCTION
Le moyen le plus simple et le plus répandu pour véhiculer des liquides est la pompe centrifuge, qui est aussi le moyen le plus économique. Cependant, il existe au moins quatre types d'applications pour lesquelles la pompe centrifuge n'est plus efficace ou opérationnelle :
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le pompage de produits visqueux : en effet, à partir d'un certain degré de viscosité qui reste à déterminer par l'utilisateur, l'emploi d'une pompe centrifuge obligerait à recourir à une machine surdimensionnée débitant en dehors de ses caractéristiques optimales, notamment avec un très mauvais rendement et, par voie de conséquence, une puissance absorbée très importante ;
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les problèmes de dosages précis instantanés , pour lesquels l'emploi d'une pompe centrifuge obligerait le concepteur de l'installation à utiliser un débitmètre pour asservir la vitesse de la pompe centrifuge, avec le risque d'utiliser la pompe en dehors de ses caractéristiques optimales ;
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le pompage des liquides réputés « susceptibles » , c'est-à-dire fragiles, qui s'accommodent mal des remous internes qui existent dans une pompe centrifuge (lait, vin, bière, liquides volatils, etc.) ;
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la génération de faibles débits à très haute pression (engins de nettoyage par jet, machines de découpage par jet d'eau, etc.).
Ces quatre types d'applications imposent l'emploi d'une pompe volumétrique. Le choix de la technologie de conception dépendra essentiellement des caractéristiques du produit véhiculé : viscosité, température, densité, composition chimique, susceptibilité, etc. ; du type d'application : transfert, mélange, dosage ; et des conditions de fonctionnement : débit, pression à l'aspiration et au refoulement, etc.
L'objet de cet article n'est pas de permettre la conception d'une pompe, mais bien de donner à l'ingénieur chargé d'étudier une installation les notions nécessaires au choix du type de pompe le plus approprié.
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2. Classification des pompes
Une pompe volumétrique, dans son principe général, se compose d'un volume hermétiquement clos (corps de pompe) à l'intérieur duquel se meut un élément mobile rigoureusement ajusté, dont le déplacement engendre soit le vide requis à l'aspiration (pompe à pouvoir d'aspiration), soit l'impulsion nécessaire au refoulement, soit enfin l'un et l'autre, permettant le transfert depuis l'aspiration vers le refoulement d'un volume donné de liquide homogène ou de consistance plus ou moins pâteuse, de nature plus ou moins abrasive, ou encore de gaz. Pour un même type de pompe, les différents modèles se distinguent d'un constructeur à l'autre par un choix approprié des matériaux en particulier au niveau du contact entre les parties fixes et les parties mobiles (en rotation ou en translation), des efforts en présence et du fluide véhiculé. Paradoxalement, la majorité des pompes volumétriques ne peuvent fonctionner à l'eau en raison de la faible viscosité de ce fluide ou de son faible pouvoir lubrifiant. L'adaptation des pompes volumétriques aux fluides de faible viscosité s'effectue pas à pas, à partir de conceptions spécifiques où l'on met en place des matériaux nouveaux souvent issus d'assemblages obtenus par frittage, après un grand nombre d'essais tribologiques.
Parmi les pompes volumétriques pour liquides existant sur le marché, on peut distinguer trois grandes classes correspondant à deux principes de fonctionnement : les pompes rotatives ou alternatives, et à un cas particulier : les pompes doseuses.
Précisons que l'on ne détaillera dans cet article que les caractéristiques spécifiques à chaque pompe. On retrouve les caractéristiques complètes dans les tableaux 2 et .
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Les pompes volumétriques créent le mouvement du fluide pompé par déplacement d'un volume, depuis l'aspiration jusqu'au refoulement. Dans un tour, plusieurs de ces volumes élémentaires v (généralement tous identiques) peuvent se succéder. Le volume total théorique V th débité sur un tour d'arbre moteur est égal à la somme de ces Z volumes élémentaires :
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BONNIN (J.) - Écoulement des fluides dans les tuyauteries. - [A 738] (1983).
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(2) - MARTIN (J.) - Étanchéité en mécanique. - [B 5 420] (2004).
-
(3) - LE NEINDRE (B.) - Viscosité – Gaz à la pression atmosphérique. - [K 480] (2005).
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(4) - WOLFF (C.), DUPUIS (D.) - Mesure de la viscosité – Principes généraux. - [R 2 350] (2008).
NORMES
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Pompes volumétriques à mouvement alternatif – Prescriptions techniques (indice de classement : E44-362) - NF EN ISO 16330 - 2003
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Pompes pour liquides – Termes généraux pour les pompes et installations – Définitions, grandeurs, symboles et unités (indice de classement : E44-003) - NF EN 12723 - 2000
-
Pompes pour liquides et installations – Termes généraux – Définitions, grandeurs, symboles littéraux et unités. - ISO 17769 : 2008 - 2008
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