Le fonctionnement d’une pompe centrifuge ou d’une pompe volumétrique est difficile à assimiler au premier abord, mais dans cet article je compte bien vous aider à comprendre leurs fonctionnements et leurs différences.
Avant d’aborder les détails techniques, je vous propose en quelques mots de vous expliquer la différence entre une pompe centrifuge et une pompe volumétrique.
Quelle est la différence entre une pompe centrifuge et une pompe volumétrique ?
La grande différence entre une pompe volumétrique et une pompe cinétique c’est l’énergie qui va être utilisée pour déplacer le fluide. La pompe centrifuge (pompe cinétique) va utiliser la force cinétique, tandis que la pompe volumétrique va utiliser l’énergie de la pression.
La pompe centrifuge va aspirer un fluide au travers d’une roue, puis grâce à un mouvement de rotation, la roue tournant à plus ou moins grande vitesse, va refouler ce fluide.
La pompe volumétrique va quant à elle fonctionner avec un piston plongeur (ou un piston avec membrane) qui va aspirer par dépression le fluide au travers d’un clapet. La pompe va ensuite refouler le fluide par une force de pression au travers d’un clapet opposé à celui par lequel il est rentré.
Cette explication est très abstraite, je vous propose d’aborder les choses plus en détail tout en restant simple dans les explications.
Commençons par comprendre le fonctionnement d’une pompe centrifuge, puis dans une seconde partie nous verrons celui d’une pompe volumétrique. Quand j’aborderai ces deux sujets, je vous dirai par la même occasion à la fin de chacune des parties les avantages et inconvénients de la pompe centrifuge et de la pompe volumétrique.
En conclusion de cet article vous saurez dans quels cas il faut privilégier la pompe volumétrique ou la pompe centrifuge.
Pompe centrifuge : Fonctionnement, composition et avantages/inconvénients
Fonctionnement de la pompe centrifuge
Une pompe centrifuge comme son nom l’indique fonctionne grâce au principe de la force centrifuge.
Pour rappel : La force centrifuge c’est lorsqu’un objet ou un fluide est en mouvement circulaire et, avec la vitesse de rotation, cet objet ou ce fluide va être poussé à l’opposé du centre de rotation.
Exemple : On peut prendre l’exemple d’une personne dans une voiture prenant un virage à grande vitesse. Cette personne qui prend le virage en tournant radicalement vers la gauche va être « poussée » vers la « droite » pour l’amener à poursuivre la trajectoire rectiligne qu’elle avait juste avant de tourner.
C’est ce qui s’appelle la force centrifuge ! C’est ce procédé qui est utilisé dans les pompes centrifuges.
Alors, je vous propose qu’on voie maintenant en détail comment cela fonctionne :
La pompe centrifuge contient une roue qui va expulser le fluide grâce à sa vitesse de rotation. C’est ce qui va engendrer la force centrifuge. Le fluide va préalablement être aspiré dans ce qu’on appelle l’œil de la roue, c’est-à-dire le centre de la roue et ce fluide va progressivement prendre de la vitesse au fur et à mesure qu’il va être expulsé vers l’extérieur de la roue, pour être au final totalement refoulé avec un débit plus ou moins important. La quantité de fluide refoulé et la pression ne dépend pas de la pompe mais de la résistance du circuit connecté à la pompe.
Une image vaut plus que des mots, alors je vous propose quelques explications supplémentaires à partir d’une image et d’un schéma du corps de pompe :
Sur l’image de gauche ci-dessus vous pouvez voir une pompe centrifuge et sur la droite un schéma 2D du corps de la pompe et de son fonctionnement.
J’espère que le schéma va vous plaire parce que, j’ai mis toute mon énergie pour vous faire un schéma compréhensible. Si parmi vous il y a des graphistes pour me proposer un schéma d’une meilleure qualité je suis bien entendu preneur !
Allez, passons aux explications :
Dans un premier temps le fluide est aspiré dans le centre de la roue (en rouge sur le schéma : appelé turbine) qui tourne grâce à un rotor. Le fluide, du fait de la rotation arrive au niveau des pales (appelé aussi « lames »).
C’est donc grâce à la courbure des pales de la roue que vous voyez sur le schéma que la vitesse du liquide augmente. En fait, l’énergie mécanique provenant de la rotation du rotor, entraîne la roue pour faire bouger les pales et transforme cette énergie en énergie cinétique.
Le fluide arrive ensuite dans ce qu’on appelle la volute que j’ai dessinée en bleu sur le schéma. Après être passé dans la volute, le fluide arrive dans la tuyauterie de refoulement (en rose) pour être expulsé vers l’endroit souhaité. A ce moment là, l’énergie cinétique se transforme elle-même en mouvement de fluide dans la tuyauterie de refoulement (en rose) avant d’être expulsé par le tuyau raccordé vers l’endroit souhaité.
Voilà vous savez comment fonctionne une pompe. J’espère que le fonctionnement de la pompe cinétique est maintenant plus clair pour vous !
Si vous avez besoin de faire le choix d’une pompe, je vous invite à consulter notre article :
Comment choisir sa pompe de pulvérisateur agricole ?
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Comment se compose une pompe centrifuge ?
Le contenu précédent était du contenu simplifié. Je vous propose de voir maintenant quel sont les éléments qui composent une pompe centrifuge en ne parlant que de ceux qui son essentiels :
D’abord une pompe centrifuge est entrainé par un moteur ou équipée d’un moteur (moteur électrique, moteur thermique, moteur hydraulique ou par un entrainement mécanique)
Ce moteur va entraîner le rotor (aussi appelé arbre) qui lui-même va tourner la roue.
La « roue » c’est ce qu’on appelle la turbine. La turbine se situe dans le corps de pompe. Cette turbine est composée de pales (lames) qui vont grâce à la force centrifuge, refouler le fluide qui arrive par la buse d’aspiration vers la volute de la pompe centrifuge, puis vers la tuyauterie de refoulement.
En résumé une pompe centrifuge se compose de :
- Un entrainement (moteur électrique, moteur thermique, moteur hydraulique ou par un entrainement mécanique)
- Un rotor aussi appelé arbre
- Le corps de pompe (composé d’une turbine, de pales, de la volute, de la buse d’aspiration et de la tuyauterie de refoulement)
Avantages et inconvénients de la pompe centrifuge
Avantages de la pompe centrifuge
- Une pompe centrifuge a un faible coût d’entretien
L’avantage principal de la pompe centrifuge est son faible coût d’entretien.
Ces pompes sont conçues de manière simple et nécessitent très peu de maintenance pour continuer à fonctionner correctement.
- Une pompe centrifuge est compacte
Un autre avantage, et pas des moindres selon l’utilisation que l’on a d’une pompe, c’est leur petite taille.
Les pompes centrifuges sont des pompes très compactes proportionnellement au rendement qu’elles offrent. Notamment si on les compare aux pompes volumétriques.
- Une pompe centrifuge est légère
La pompe centrifuge est compacte mais aussi légère même si cela peut être évident pour certains, un objet compact n’est pas toujours léger. Heureusement concernant le cas de la pompe centrifuge, c’est le cas. Du moins lorsqu’on l’a compare.
Inconvénients de la pompe centrifuge
- Les pompes centrifuges ne s’amorcent pas toute automatiquement :
L’inconvénient des pompes centrifuges c’est leur nécessité d’être en charge. Elles ne s’amorcent pas seules. Il ne doit pas y avoir d’air contenu dans la pompe sinon celle-ci aura des difficultés à s’amorcer. Pour que la pompe s’amorce il faut donc préalablement purger l’air et la remplir de liquide à la place.
Bon à savoir : Certaines pompes centrifuges permettent un amorçage automatique si la hauteur d’aspiration n’est pas trop importante. Par exemple cette pompe centrifuge auto-amorçante.
- Une pompe centrifuge n’est compatible qu’avec des fluides à faible viscosité :
La pompe centrifuge est efficace avec des fluides à faibles viscosité. Des fluides trop visqueux ne vont pas suffisamment pouvoir profiter de la force centrifuge et être refoulés avec un débit suffisamment important. Plus un liquide sera dense, moins le débit sera important et plus il sera intéressant d’utiliser un autre type de pompe. (Spoiler : Les pompes volumétriques dont je vais parler ci dessous devraient vous intéresser)
Viscosité du liquide (cpo)
| 1 | 10 | 40 | 100 | 400 | 1000 |
Débit | 1 | 1 | 0,99 | 0,97 | 0,89 | 0,75 |
Hauteur | 1 | 0,99 | 0,96 | 0,94 | 0,88 | 0,80 |
Rendement | 1 | 0,95 | 0,85 | 0,75 | 0,50 | 0,30 |
Vous pouvez constater que plus le fluide est visqueux, plus vous perdez en débit, en hauteur et surtout en rendement.
Source : travaux de l’Hydraulic Institure (www.pumps.org)
Pompe volumétrique : Fonctionnement, composition et avantages/inconvénients
Fonctionnement de la pompe volumétrique à piston (oscillante)
La pompe volumétrique est appelée ainsi parce que le mouvement du fluide est dû à une variation du volume occupé par ce fluide.
C’est à l’aide d’un mouvement cyclique, qu’un piston (ou membrane) va avancer et reculer faisant ainsi varier le volume de la culasse.
Les pompes volumétriques fonctionnent de manière alternative grâce des clapets anti-retours.
L’un des clapets est ouvert tandis que l’autre est fermé. Les deux clapets sont chacun d’un côté de la culasse. Les deux clapets fonctionnent alternativement, quand l’un s’ouvre l’autre se ferme et inversement.
Le fluide pénètre d’abord par l’un des clapets grâce à une énergie de dépression. Cette énergie de dépression est créée grâce au piston qui s’éloigne de la culasse. Quand le piston se rapproche de nouveau de la culasse, c’est à ce moment là que le premier clapet se ferme et que l’autre s’ouvre par pression du fluide.
Comme pour la pompe centrifuge, je vous propose un schéma de fonctionnement d’une pompe volumétrique à piston rotative:
Comme vous pouvez le voir sur la photo de gauche la fabrication de la pompe semble bien plus complexe que la pompe centrifuge.
Je vous invite maintenant à regarder le schéma de droite par rapport aux explications que je vais vous donner.
Sur ce schéma, ce n’est pas visible mais à la base il y a un moteur qui entraîne ce qu’on appelle un arbre, et cet arbre va faire tourner le vilebrequin qui est représenté ici avec un cercle rouge. Cette rotation va entraîner un mouvement de la bielle et du piston.
Le piston va faire des mouvements de va et viens. Lorsqu’il se recule il ouvre par aspiration le clapet (en bas du schéma) et crée une dépression qui laisse entrer le fluide au niveau du clapet que vous pouvez voir en bas du schéma.
Le fluide rentre ensuite dans ce qu’on appelle la culasse. Par la suite, le fluide va être compressé par le piston. Cela va créer une énergie de pression qui va fermer le premier clapet et ouvrir le second, pour créer un mouvement de fluide.
Comment se compose une pompe volumétrique à piston ?
Déjà il faut savoir qu’une pompe volumétrique à pistons se compose de plusieurs pistons (le nombre dépend du modèle de la pompe).
Sur le même principe que la pompe centrifuge, à la base du processus, le moteur entraine l’arbre (d’entrainement) qui va bouger grâce à des roulements à billes. Le vilebrequin va permettre de faire bouger les différentes bielles qui vont-elles-même faire avancer et reculer les pistons.
Globalement une pompe rotative à pistons se compose de :
- Un arbre d’entrainement
- Des roulements à billes
- Un vilebrequin
- Des bielles pour chaque piston
- Des pistons
- Des clapets
Avantages et inconvénients de la pompe volumétrique
Avantages de la pompe volumétrique
- Pompe volumétrique : un très bon rendement
Les pompes volumétriques ont un excellent rendement. Elles ont une forte puissance d’aspiration et de refoulement.
- Les pompes volumétriques s’amorcent automatiquement
Contrairement aux pompes centrifuges les pompes volumétriques s’amorcent automatiquement
- Les pompes volumétriques peuvent être utilisées avec tous les types de fluides
Les pompes volumétriques sont en effet compatible avec tous les types de fluides et en particulier avec les fluides à forte viscosité.
- Adaptées aux pressions élevées et très élevées
Les pompes volumétriques peuvent accepter pour certaines d’entres elles jusqu’à 200 bars de pression.
- Les pompes volumétriques sont adaptées à de très faibles vitesses de rotation d’entrainement
- La pompe volumétrique est silencieuse
Inconvénients de la pompe volumétrique
- Maintenance et entretien régulier nécessaire
Du fait de la complexité de sa fabrication, la pompe volumétrique nécessite davantage d’entretien que la pompe centrifuge.
- Pas de limitation de pression
Une pompe volumétrique n’est pas de base équipée pour limiter la pression qu’elle reçoit, une soupape de sécurité est donc requise pour empêcher le dépassement d’un seuil de pression.
- Certaines pompes volumétriques ne sont pas adaptées à des vitesses de rotation trop élevées
- Les pompes volumétriques sont volumineuses du part du nombre de pièces qui la compose.
Si vous avez besoin de faire le choix d’une pompe je vous invite à consulter notre article : Comment choisir sa pompe de pulvérisateur agricole ? - BEDOUELLE DISTRIBUTION
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Pompe centrifuge ou pompe volumétrique ?
Différences entre une pompe centrifuge et volumétrique :
En réalité, en cherchant cette question sur le net, vous vous demandez sûrement quels sont les avantages de chacune d’entre elles et dans quel cas il faut les utiliser.
Globalement vous l’aurez compris, une pompe volumétrique est principalement utile pour une personne qui recherche une pompe à fort rendement avec amorçage automatique, variation de vitesse et permettant le transfert de fluides à forte viscosité. Ces pompes ont aussi la capacité d’accepter des pressions importantes allant jusqu’à 200 bars.
De l’autre côté la pompe centrifuge sera principalement destinée à des personnes qui souhaitent avoir une pompe compacte et qui n’aura pas besoin de pomper du fluide pour son amorçage. Ces pompes ont l’avantage de nécessiter un faible entretien. Ces pompes ont une capacité allant jusqu’à 8 bars et permettent des débits importants.
En résumé :
Pompe volumétrique | Pompe centrifuge |
Entretien courant nécessaire | Peu d’entretien nécessaire |
Petit débit à moyen débit | Gros débit |
Volumineuses et lourdes | Compacte |
Amorçage automatique | Amorçage automatique pour certains modèles |
Très bon rendement |
|
Utilisation sur une large plage de pression |
|
Les types de pompes volumétriques et centrifuges
Les types de pompes volumétriques
Il existe différents types de pompes volumétriques. Elles ont toutes des caractéristiques et des utilisations spécifiques. Les principaux types de pompes volumétriques sont :
- Les pompes à palettes : Ces pompes rotatives utilisent des palettes pour déplacer le fluide dans le corps (généralement en fonte) de la pompe. Elles sont utilisées pour des applications qui nécessitent un débit et une pression modérée.
- Les pompes à pistons : Ces pompes utilisent un ou plusieurs pistons pour pousser le fluide dans le corps de la pompe. Elles sont utilisées pour déplacer des fluides à moyenne et très haute pression. Ces pompes sont robustes et résistantes et notamment adaptées à des liquides à haute viscosité. Dans le domaine agricole, elles sont utilisées dans l’arboriculture, la viticulture et peuvent être utilisées sur les nettoyeurs haute pression.
- Les pompes à membrane : Ces pompes utilisent une membrane pour déplacer le liquide dans le corps de la pompe. Elles sont utilisées pour des applications qui nécessitent une haute précision de débit. Elles sont adaptées à différents niveaux de viscosité. Sur le même principe que les pompes à piston, elles fonctionnent avec la compression du liquide grâce à un système de clapet et de membrane. Elles sont particulièrement adaptées au transfert de produits chimiques tels que les produits phytosanitaires.
- Les pompes à rotor excentré : Ces pompes utilisent un rotor excentré pour déplacer le fluide dans le corps de la pompe. Elles sont utilisées pour des applications qui nécessitent un débit élevé et une pression modérée. Elles sont généralement utilisées dans le cadre du traitement des eaux mais aussi dans l’industrie chimique, pétrolière ou alimentaire. A tout moment le sens de déplacement du fluide peut être inversé en changeant simplement le sens de rotation du rotor.
- Les pompes à engrenages : Ces pompes volumétriques rotatives, comme leur nom l’indique, fonctionnent à l’aide d’un engrenage. Le fluide est déplacé grâce aux engrenages à travers le carter. Elles peuvent servir au transfert de liquides type lubrifiants sans corps étrangers mais aussi pour les produits phytosanitaires et pour l’eau. Elles sont adaptées au transfert de fluides à faible ou forte viscosité mais dans ce dernier cas, la pompe peut être entraînée par un motoréducteur. Comme la pompe à rotor excentré, le sens de transfert du fluide peut être inversé selon les modèles.
Les types de pompes centrifuge
En ce qui concerne les pompes centrifuges, les principaux types sont :
- Pompes centrifuges à turbine ouverte : Ces pompes utilisent l'effet centrifuge pour propulser le fluide dans le corps de la pompe. Elles sont utilisées pour des applications qui nécessitent un débit élevé et une pression modérée. Elles assurent le transfert de liquides contenant des particules solides grâce à leur forme ouverte. Ces pompes sont parfaites pour décharger les impuretés contenues dans les fluides si elles sont équipées d’un préfiltre.
- Pompes centrifuges à turbine fermée : Ces pompes utilisent un disque ou une roue à aubes qui est actionné par un moteur pour propulser le fluide dans le corps de la pompe. Elles sont utilisées pour des applications qui nécessitent un débit élevé et une pression basse à moyenne. Elles servent, contrairement aux pompes centrifuges à turbine ouverte, au transfert de liquides clairs.
- Pompes centrifuges multicellulaires : Ces pompes utilisent plusieurs turbines pour pomper le fluide dans le corps de la pompe. Elles sont utilisées pour des applications qui nécessitent un débit élevé et une pression basse à moyenne. Elles sont encore plus performantes que les deux types de pompes que nous venons d’aborder car elles disposent de plusieurs turbines qui accélèrent le passage de l’eau. Malgré tout ces pompes ont l’avantage d’être compact.
Il est important de choisir la bonne pompe pour chaque application, en fonction de vos besoins en débit et en pression, des caractéristiques du fluide à pomper et des conditions environnementales.Pour faire le meilleur choix de pompe par rapport à votre cas d’utilisation, nous vous proposons de contacter nos experts techniques.