POMPES
Maintenance Magazine 163 – mars 2024
Les pompes sont énergivores. Elles représentent près de 25% de la consommation énergétique des moteurs électriques dans le monde. Dans certains systèmes industriels ou stations d’épuration des eaux, elles représentent même 60% de la consommation énergétique totale. Tout commence bien sûr par des choix judicieux lors de l’acquisition : la bonne pompe pour la bonne application et en gardant un œil sur le coût total de possession au lieu d’être aveuglé par le prix d’achat. Si les performances de la pompe et les exigences du système correspondent parfaitement, cela entraînera une consommation d’énergie en moyenne 20% inférieure à la moyenne. Mais que faire ensuite pour garantir que la pompe continue de fonctionner de manière écoénergétique ?
Quel est l’une des erreurs les plus courantes lors de l’achat d’une pompe ? Le surdimensionnement. Cela se produit dès que la pompe ne fonctionne pas à moins de 20% de son meilleur point d’efficacité (BEP) Il n’est pas toujours facile d’estimer la courbe de charge réelle dans les nouveaux projets. Dans ce cadre, il faut faire une estimation théorique du matériel qui sera utilisé et des valeurs de référence du coefficient de résistance à l’écoulement ou des pertes de raccordement. Les valeurs sur papier et dans la pratique peuvent parfois différer. Ou encore, l’on peut déjà prendre en compte les évolutions futures. Une ‘marge de sécurité’ est alors calculée afin que le système puisse être étendu ultérieurement sans avoir à investir dans une nouvelle pompe. C’est d’ailleurs pour cette raison qu’une pompe peut également être sous-dimensionnée pour l’application. Lorsqu’une pompe doit être remplacée, il est conseillé de ne pas simplement copier les spécifications de la pompe existante, mais de vérifier si elles constituent toujours le meilleur choix technique.
Cependant, une pompe surdimensionnée ne doit pas nécessairement être complètement remplacée pour fonctionner de manière plus écoénergétique. L’on peut opter pour le redimensionnement de l’aube, réduisant son diamètre. Cela signifie effectivement que les jeux entre le diamètre de l’aube et le corps de pompe augmentent. Si le débit de retour devient trop important, l’efficacité de la pompe de l’aube diminue en conséquent. Par conséquent, il faut maintenir 75% du diamètre maximum de l’aube lors du redimensionnement. Mais quel est l’effet de ce redimensionnement ? La réduction de la taille de l’aube réduit la vitesse maximale et la quantité d’énergie fournie au liquide pompé. Le débit et la pression régressent donc, de sorte que l’aube réduit la hauteur manométrique. Les corps et arbres de pompe sont conçus pour des aubes de différentes tailles. Les fabricants fournissent des courbes de performances affichant ces dernières pour différents diamètres ou profils d’aube. Cette dernière ne doit jamais être redimensionnée à un diamètre inférieur à celui indiqué sur la courbe.
Les variateurs de fréquence permettent à la pompe de fonctionner près de son BEP à n’importe quelle hauteur manométrique ou débit. En effet, la vitesse de rotation du moteur peut varier pour répondre aux besoins réels de hauteur manométrique et de débit de l’application, plutôt que pour répondre à ce que la pompe peut produire. La principale raison d’être des variateurs de fréquence réside dans l’amélioration de l’efficacité énergétique. Pour ce faire, ils réduisent la consommation d’énergie inutile alors que le moteur serait autrement ralenti lorsque la pompe est surdimensionnée. De même, si l’application impose des exigences fort diverses à la pompe à différents moments, l’ajout d’un contrôleur de fréquence s’avère judicieux. Dans le secteur de l’eau et des eaux usées, il est souvent possible d’économiser plus de 30% de la consommation d’énergie ; dans le cas des pompes d’irrigation, la consommation d’énergie peut être réduite jusqu’à 75% ; et si une pompe à vide est utilisée pour les applications laitières, 40 à 63% d’énergie peuvent être économisées. Ainsi, même si les variateurs de fréquence ont un coût, comme nous pouvons le constater – dans de nombreux cas – les économies qu’ils peuvent générer justifient l’investissement.
Une alternative à l’utilisation de variateurs de vitesse pour un système aux exigences opérationnelles diverses consiste à installer plusieurs pompes pour offrir une flexibilité dans les débits délivrés. Par rapport à une pompe unique, le système gagne en flexibilité opérationnelle, en efficacité et peut continuer à fonctionner en cas de panne de l’une des pompes. Les configurations typiques consistent en une petite pompe pour les faibles débits et des pompes plus importantes pour le débit de conception maximal. Ainsi, aucune des pompes ne doit fonctionner loin de son BEP. Encore une fois, la clé pour obtenir les résultats souhaités est la sélection appropriée de la pompe ; pour fonctionner de manière fiable et efficace, elles doivent être adaptées au travail en parallèle et être utilisées dans la combinaison la plus optimale.
Les problèmes liés aux canalisations ne sont pas si faciles à résoudre une fois le système opérationnel. Par conséquent, il faut accorder suffisamment d’attention à la conception pour réussir du premier jet. Minimiser les pertes de pression se réalise en limitant les coudes anguleux et les changements brusques de diamètres. L’objectif est de limiter autant que possible les pertes par frottement, ce qui à son tour a un effet positif sur l’efficacité énergétique. À cette fin, des vannes et raccords à faibles pertes de charge sont à sélectionner.
Tout comme les pompes surdimensionnées réduisent l’efficacité énergétique du système, les moteurs surdimensionnés peuvent également y contribuer. Cela se produit lorsque l’on souhaite répondre à une augmentation future de la capacité de la pompe, lorsqu’il y a des fluctuations de charge ou des déséquilibres de tension et lorsque la bonne taille de moteur n’est pas disponible lors de l’achat d’équipement. Il existe des options pour empêcher le moteur d’être trop gros ou des solutions qui absorbent les surcharges temporaire afin qu’un surdimensionnement soit évité. Les moteurs plus récents avec des classes d’efficacité énergétique plus élevées offrent des avantages ; notamment, des économies de coûts énergétiques, moins de pannes grâce à une conception et une construction améliorées, une sensibilité réduite du facteur de puissance et le rendement en cas de fluctuations de tension et de charge.
Il n’est pas rare que des pompes tournent inutilement, consommant plus d’énergie que nécessaire. En installant un système de régulation, les systèmes de pompage sont contrôlés à distance ; ils peuvent alors être démarrés et arrêtés en fonction des exigences de pompage du moment. Par exemple, si plusieurs pompes sont opérationnelles, mais qu’une seule est requise pour le débit réel, la ou les autres pompes peuvent être arrêtées et redémarrées ultérieurement, suivant les besoins de l’application.
L’usure des pompes est une cause importante de diminution de l’efficacité énergétique, se déclinant par des pertes moyennes de 10 à 25%. Surprenant ou non, la plupart de l’usure se produit au cours des premières années d’utilisation et entraîne un déplacement du BEP d’une pompe vers la gauche sur la courbe de la pompe. Les signes d’usure sont entre autres la cavitation, un jeu accru entre les pièces fixes et mobiles, l’usure des bagues et des roulements et l’ajustement des garnitures sur l’arbre de la pompe. Bien que l’usure soit inévitable, un entretien de routine contribuera à réduire les pertes de rendement causées par l’usure et à ralentir ce processus. Qui fait le nécessaire peut compter sur des économies d’énergie de 2 à 7%. Mais qu’est-ce que cela implique ?
Le remplacement des aubes usées, l’inspection et la réparation des roulements, une lubrification régulière des paliers, l’inspection et le remplacement des joints et des garnitures mécaniques, le remplacement des bagues d’usure et la vérification de l’alignement de la pompe et du moteur. Si la pompe fonctionne de manière trop inefficace et que la maintenance n’améliore pas les performances, le remplacement est la meilleure option pour réduire les coûts énergétiques à long terme. Surtout quand l’on recherche une classe énergétique supérieure à l’existante. Outre l’entretien des pompes, le nettoyage et l’entretien de la tuyauterie affectent également l’efficacité énergétique du système.
par Valérie Couplez
En appliquant des revêtements appropriés sur le corps de pompe et l’aube, une surface de faible énergie est obtenue. Les revêtements à faible énergie de surface et à angle de contact élevé jouent un rôle crucial dans la minimisation des pertes par frottement dans les systèmes de pompage. Le revêtement du boîtier et de l’aube avec un coating à faible énergie de surface contribue à réduire la perte d’énergie causée par la friction dans la voie d’écoulement, conduisant à un rendement amélioré. En outre, une surface à angle de contact élevé garantit que les liquides se déplacent sans effort sur la surface revêtue, ce qui entraîne une résistance minimale et moins de pertes par frottement. L’utilisation continue de la pompe provoque l’attaque de la surface de la pompe par des matériaux abrasifs et corrosifs. Cependant, l’application de revêtements protecteurs peut prévenir cette détérioration et garantir une efficacité à long terme. Le coating agit comme une barrière protectrice et assure un fonctionnement fluide et efficace de la pompe. Les études de cas Henkel réalisées auprès d’entreprises des secteurs de l’eau, du raffinage, de la chimie et sidérurgique démontrent que les revêtements peuvent procurer 6 à 25% de rendement supplémentaires avec les pompes utilisées – en fonction de l’état de la pompe – et qu’une nouvelle pompe peut fournir 3 à 7% de rendement en plus.
