Pompe ED 101
Comment une efficacité réduite peut réduire le coût global – Vortex Action
Joe Evans, Ph.D.

Lorsque nous commençons le processus de sélection de la pompe pour une application particulière, l’une de nos principales préoccupations est l’efficacité. Si plusieurs modèles différents, de qualité similaire, répondent à nos conditions, nous sélectionnerons généralement celui qui a le plus d’efficacité. Après tout, une efficacité accrue réduit le coût de l’énergie électrique. Il y a des moments, cependant, où l’efficacité peut passer au second plan par rapport au coût global réel de l’exploitation.
Les pompes de manutention des solides utilisées dans les applications municipales et industrielles en sont un bon exemple. Les grandes pompes d’égout peuvent utiliser des turbines à flux mixte ou radial avec peu de souci de colmatage ou de colmatage en raison de la taille inhérente des passages d’écoulement. Cependant, à mesure que la décharge et la taille des palettes diminuent, le risque de colmatage augmente. Au début des années 1900, une nouvelle conception de roue a été développée par A.B. Wood du New Orleans Sewage and Water Board. Connue sous le nom de roue « non obstruée », elle se composait de deux aubes avec des bords d’attaque émoussés qui permettaient le passage de solides plus gros et réduisaient la possibilité pour le matériau filandreux de s’accumuler à l’entrée de la palette. Aujourd’hui, la plupart des pompes de manutention de solides, avec des débits inférieurs à 10 « , utilisent une variante de cette conception.

Ceux d’entre nous qui connaissent ces pompes savent qu’il n’existe pas de non-colmatage – « rarement obstruer » est probablement une meilleure terminologie. Mais, à mesure que la taille de la décharge diminue à 4 « ou moins, « souvent obstruer » peut devenir la description de choix. Maintenant, certaines pompes de 3 « et 4 » peuvent passer un solide sphérique complet de 3 », mais certaines applications ne peuvent pas s’adapter aux débits plus élevés qu’elles produisent et des concentrations élevées de matériau filandreux peuvent encore causer des problèmes. Si un petit non-col fonctionne bien dans une application, c’est probablement le meilleur choix, mais si le branchement est un problème continu, vous voudrez peut-être envisager une alternative.

La pompe vortex, également connue sous le nom de pompe à roue encastrée, est généralement considérée comme un membre de la famille centrifuge. Ce n’est pas tout à fait exact mais, comme il n’y a pas de force centrifuge, cela n’a probablement pas d’importance de toute façon. Il s’agit toutefois d’une pompe dynamique car elle transmet de l’énergie en continu au fluide qu’elle pompe. Contrairement à la pompe centrifuge typique, son action de pompage est un processus en deux étapes. La roue, qui est située à l’extérieur de la zone d’écoulement de la volute, produit un vortex primaire ou une action tourbillonnante dans l’eau qui réside dans et autour de ses aubes. Ce vortex crée un vortex secondaire dans la volute qui produit un écoulement. La figure 1 illustre ce processus. L’action de pompage de la pompe vortex offre plusieurs avantages significatifs. Comme la roue est encastrée, elle a peu de contact avec la majorité du pompage. Même lorsque les solides entrent en contact avec la roue, ils n’ont pas à traverser les aubes, de sorte que le potentiel d’érosion est considérablement réduit. En plus d’une usure réduite, sa position encastrée permet également le passage de solides plus gros et de matériaux filandreux qui pourraient autrement boucher une véritable pompe centrifuge. Presque tous les solides qui peuvent entrer dans l’aspiration sortiront de la volute et les matériaux filandreux passeront à travers sans enchevêtrement. Un autre avantage est une réduction des forces radiales qui agissent sur sa roue. En raison de cette réduction, de nombreuses pompes vortex peuvent fonctionner à très faible débit ou même s’éteindre pendant de longues périodes sans dommage.
Malheureusement, ce processus de pompage en deux étapes présente également un inconvénient – – un rendement hydraulique beaucoup plus faible. Ce compromis a tendance à être acceptable dans de nombreux marchés industriels, mais, malheureusement, il éliminera souvent la pompe vortex de la considération de certains ingénieurs spécifiques dans l’arène municipale. Les deux sont conçus pour passer des solides sphériques de 3 « et atteindre leur efficacité maximale au point de conception (450 gpm @ 46 »).. À ce stade, le non-colmatage nécessite environ 7,4 ch (eff = 70%) tandis que la pompe vortex nécessite environ 10,7 ch (eff = 48%). Évidemment, cette augmentation de près de 45% de la puissance pourrait avoir un impact assez important sur les coûts électriques à long terme, mais cette augmentation fera-t-elle toujours du non-colmatage le meilleur choix? Jetons un coup d’œil à un exemple municipal réel.

Une petite municipalité de l’ouest des États-Unis a installé une station de relevage en duplex, avec une alternance de 4 pouces sans sabots, pour desservir un complexe commercial. Le complexe se compose de magasins de détail, d’un supermarché / grand magasin et de plusieurs restaurants. La station a en moyenne six à sept départs par jour et la durée de chaque cycle est d’environ cinq minutes. En plus des déchets humains et alimentaires normaux; les couches jetables, les produits féminins et les serviettes en papier riches en fibres sont également quotidiens. Ce mélange de déchets a donné lieu à des pompes partiellement bouchées qui ont dû être tirées pour le nettoyage tous les sept à dix jours. À la fin de l’été dernier, les non-sabots ont été remplacés par des pompes vortex de 4 po qui produisaient des caractéristiques de capacité de tête similaires. Depuis le démarrage des nouvelles pompes, aucun bouchage n’a eu lieu.
Bien que les pompes vortex consomment environ 38 % de puissance en plus que les non-sabots qu’elles ont remplacés, la puissance totale consommée est encore relativement faible puisque les pompes ne fonctionnent pas plus de 35 minutes par jour (213 heures / an). D’autre part, le nettoyage des non-sabots d’origine (au-delà de l’entretien normal) nécessitait en moyenne 12 heures par mois (144 heures / an). Le remplacement a entraîné des économies de coûts de main-d’œuvre qui ont largement dépassé les coûts électriques supplémentaires et, surtout, ont rendu la station de pompage complètement fiable.

Il y a des moments où nous devons regarder au-delà de l’efficacité et de son impact sur la consommation électrique, surtout si les heures de fonctionnement sont faibles. Dans l’exemple ci-dessus, et beaucoup d’autres comme celui-ci, le coût global et la fiabilité peuvent être des considérations beaucoup plus importantes.