Explication de la perte par frottement du pipeline de boues

En savoir plus sur la perte par frottement des tuyaux ; pourquoi c'est si important en ce qui concerne le débit, et pourquoi c'est si important lors de la conception d'un pipeline pour une application de lisier.
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Cet article comprend :

  • Raisons de la chute de pression de la pompe à lisier
  • Calcul de la perte de friction du pipeline
  • Équations de perte par frottement
  • Choix des tailles de tuyau
  • Ce qui fait de la pompe EDDY le meilleur choix pour le pompage de solides

Lorsqu’un fluide ou une suspension est pompé à travers un pipeline, le fluide commence à perdre de l’élan en raison d’une diminution de la vitesse du fluide. Cette diminution de la vitesse est appelée perte par frottement du tuyau. La perte de friction dans les tuyaux se produit en raison du frottement entre le fluide pompé et les parois intérieures de la tuyauterie. Pour une analogie qui aide à expliquer la perte de charge du tuyau, pensez à une rivière. Lorsqu’une rivière coule, l’eau qui coule le long de la rive coule à un rythme plus lent que l’eau au milieu. Cela est dû au contact de l’eau avec le matériau qui compose la berge, ce qui provoque une traînée. Ce même effet se produit à l’intérieur de la tuyauterie lorsqu’un matériau est pompé à travers un système de tuyauterie. La perte de charge du tuyau peut également être décrite comme une résistance qui affecte le débit du fluide pompé. Cette résistance nuit à l’efficacité de la pompe et ne se produit pas uniquement lorsque le fluide entre en contact avec l’intérieur de la tuyauterie ; il est également causé par les raccords et les coudes qui sont installés dans le pipeline, ce qui peut avoir un impact négatif sur le vitesse de ligne critique nécessaire pour réduire les pertes d’efficacité Les pertes par frottement dans les tuyaux se produisent quel que soit le fluide pompé, mais se produisent à un degré plus élevé lors du pompage de boues.

Une excellente occasion de réduire les effets des pertes par frottement dans les tuyaux est lors de la conception d’un pipeline pour une pompe. Plus le débit requis est élevé et plus la tuyauterie est petite, ce qui entraîne des pertes d’efficacité plus importantes dues à la résistance et au frottement des tuyaux. Cette même réflexion s’applique aux pipelines qui comprennent plus de vannes, de raccords et de coudes. Pour éviter les effets négatifs de la perte par frottement du tuyau, des calculs peuvent être effectués pour déterminer quelles pertes par frottement du tuyau seraient réalisées avec un fluide donné (des viscosités plus élevées ont des pertes plus élevées) à pomper, le débit souhaité, la longueur et le diamètre du tuyau, y compris les vannes , raccords et coudes.

Raisons de la chute de pression du lisier

Lorsque le fluide ou la boue s’écoule dans un pipeline, une chute de pression peut se produire en raison de la résistance à l’écoulement. Il pourrait également y avoir une perte ou un gain de pression dû au changement d’élévation entre le début et la fin du pipeline. Cette résistance à la pression est le résultat de plusieurs problèmes :

  • Frottement entre le lisier ou le fluide et la paroi du tuyau
  • Frottement entre les couches et les solides du lisier lui-même
  • La friction peut également être perdue lorsque la boue passe à travers des raccords de tuyauterie tels que des coudes, des vannes ou d’autres composants de pipeline
  • Si le tuyau n’est pas complètement horizontal, une perte de pression peut se produire en raison de l’élévation du tuyau.
  • Gain de pression dû à toute hauteur de fluide ajoutée par une pompe

Quelques éléments à prendre en compte pour réduire les pertes par frottement des tuyaux

  • Réduisez la longueur de la tuyauterie.
  • Augmenter le diamètre de la tuyauterie.
  • Réduire la rugosité de surface de l’intérieur de la tuyauterie.
  • Réduisez le nombre de vannes et de coudes.

 

Calcul de la perte de friction du pipeline

Il existe de nombreuses méthodes de calcul des pertes par frottement des pipelines à lisier, certaines méthodes étant plus compliquées que d’autres ; chaque type de boue peut différer en ce qui concerne la densité, la taille des particules et la viscosité.

Pour cette raison, il peut être difficile de prédire avec précision les pertes de friction précises lors du calcul des boues. La plupart des méthodes plus simples fonctionnent mieux lorsqu’il s’agit de pipelines plus courts, tandis que les pipelines plus longs nécessitent une planification, des calculs et des tests appropriés plus méticuleux pour des débits optimaux.

heavy-slurry-bauxite-pumpingUne grande partie des applications de pompage de solides se produit dans le dragage, les opérations minières et les usines de traitement qui utilisent généralement des pipelines plus courts ne dépassant pas quelques centaines de pieds avec une tête statique relativement faible. Dans la plupart de ces applications, il est typique d’utiliser des méthodes simplifiées pour prédire la perte de charge qui peuvent fonctionner à moins de 5 % de l’exigence attendue de la pompe à boues.

Avec le pompage de lisier , souvent les caractéristiques du lisier peuvent changer soudainement, nécessitant plus ou moins de puissance du moteur de votre pompe. Pour cette raison, il est souvent recommandé de sélectionner le moteur de pompe initial avec une réserve de puissance suffisante allant jusqu’à 20 % au-dessus des calculs initiaux. Cette puissance supplémentaire peut faire ou défaire une opération traitant des boues ou des solides plus durs que prévu à l’origine. Bien que plus cher, un moteur plus gros peut aider à prévenir les obstructions de pipeline et d’autres problèmes de maintenance graves lors du pompage de solides tenaces ou d’autres matériaux.

Équations de perte par frottement

Les pertes par frottement sont calculées selon trois types, à savoir lors du pompage :
(1) liquides
(2) bouillies homogènes de solides fins non sédimentants
(3) bouillies hétérogènes de solides plus gros (décantation).

Lors du pompage, les pertes par frottement du pipeline sont généralement calculées différemment selon que le matériau est :
1) Liquide (aucun solide présent)
2) Boues homogènes (tailles de particules uniformes) de particules fines non sédimentantes
3) Boues hétérogènes (diverses en tailles de particules) de plus gros solides de décantation

Les pertes par frottement liquide sont calculées par les méthodes de Darcy ou de Hazen-Williams, tandis que les pertes de boues homogènes sans sédimentation sont calculées par la méthode de boues de Bingham. La décantation des boues nécessite des méthodes de calcul et des tests plus rigoureux.

Calcul de Darcy : Q = -KA dh/dl

Où:
Q = débit d’eau (volume par temps)
K = conductivité hydraulique
A = aire de la section transversale du poteau
dh/dl = gradient hydraulique, c’est-à-dire le changement de charge sur la longueur d’intérêt.

Équation de Hazen-Williams :  V = k C (D/4) 0,63 S 0,54 où S = h f / L

Où:
V = vitesse
k = un facteur de conversion pour le système d’unités (k = 1,318 pour les unités usuelles américaines, k = 0,849 pour les unités SI)
C = un coefficient de rugosité
R = le rayon hydraulique
S = la pente de la ligne d’énergie (perte de charge par longueur de tuyau ou hf/L)

Qu’est-ce qui fait de la pompe EDDY le meilleur choix pour le pompage de solides ?

La pompe EDDY est un excellent choix pour déplacer des solides lourds et d’autres matériaux à travers de longs pipelines. La pompe EDDY crée un flux turbulent qui aide à maintenir les matériaux lourds en suspension et à se déplacer dans le pipeline. Le rotor de la pompe EDDY agit comme un mélangeur sur les matériaux thixotropes et fournit un effet d’amincissement par cisaillement. La capacité de la pompe EDDY à pomper des matériaux solides concentrés est parfaite pour déplacer des matériaux visqueux avec moins de 5 % de liquide libre ; une tâche impossible pour les pompes centrifuges.

Avec la pompe EDDY, vous pomperez moins d’eau et plus de solides, ce qui peut entraîner d’énormes économies. Pour déplacer la même quantité de matériau que les pompes traditionnelles, la pompe EDDY sera plus petite, plus légère, utilisera moins d’énergie et coûtera moins cher que l’équipement conventionnel. De plus, il n’y a pas de configuration critique, ce qui élimine les dépenses d’équilibrage et d’alignement que les autres pompes encourent.

EDDY Pump a des ingénieurs dédiés à la modélisation et à l’analyse des pompes en fonction de tout matériau devant être pompé ou dragué. Nous pouvons passer du concept à la modélisation en passant par le pompage d’une unité de test imprimée en 3D en 48 heures. De gros investissements ont été réalisés dans le matériel et les logiciels pour aider l’équipe de recherche EDDY Pump.

Notre connaissance approfondie de la dynamique des fluides en ce qui concerne les pompes combinée à notre expérience en ingénierie structurelle nous permet de fournir des pompes et des équipements de dragage complètement optimisés avec des pipelines et des tuyaux attenants. Notre équipe de recherche et développement utilise un logiciel de dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour calculer avec précision l’uniformité du débit sur l’ensemble du système.

Chez EDDY Pump, nous nous efforçons constamment d’améliorer et d’innover de nouvelles technologies à intégrer dans nos équipements de pompage et de dragage.

 

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Pourquoi les pompes EDDY sont meilleures –  Points forts

Cette vidéo montre comment EDDY Pump transporte des matériaux à haute teneur en boue et abrasifs. L’équipement de pompe de dragage en vedette comprend  la sous- drague télécommandée , la pompe actionnée par le plongeur et une pompe de dragage à attachement d’excavatrice .