NPSH Visualisé

 

Si vous vous êtes déjà endormi en lisant des textes sur le NPSH, vous n'êtes pas le seul. Mais voici une approche graphique facile à comprendre pour s'assurer que votre NPSHa>NPSHr.

 

Pour les néophytes, la hauteur d'aspiration positive nette disponible (NPSHa, une fonction du côté aspiration du système de pompage) doit être supérieure à la hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSHr, une fonction de la pompe) afin d'éviter la cavitation qui entraîne des dommages à la pompe. Nous verrons également comment ajuster les variables pour maximiser le NPSHa pour les installations nouvelles et existantes.

 

Traditionnellement, nous utilisons l'équation NPSHa = Ha ± Hz - Hf - Hvp, où

• Ha = pression absolue à la surface du liquide dans le réservoir d'alimentation (pression atmosphérique à l'altitude du site au-dessus du niveau de la mer).
• Hz = distance verticale entre la surface du liquide dans le réservoir d'alimentation et l'axe de l'orifice d'aspiration de la pompe. Si le liquide se trouve en dessous de l'axe de la pompe, Hz est négatif.
• Hf = pertes par frottement dans la tuyauterie d'aspiration.
• Hvp = pression de vapeur absolue du liquide à la température de pompage.

 

N'oubliez pas ! Toutes les valeurs de H (hauteur manométrique) doivent être exprimées dans les mêmes unités, qu'il s'agisse de pieds ou de mètres de liquide pompé.

 

Une autre façon plus visuelle de voir les choses est de tracer la pression absolue Ha en fonction de la somme des quatre autres variables, dans les solutions graphiques illustrées ci-dessous dans les Fig. 1 & 6. Dans le premier exemple, nous voulons décharger par le haut des camions-citernes de toluène chaud à l'aide d'une pompe montée au-dessus du camion, et nous essayons donc de déterminer la hauteur d'aspiration maximale admissible Hz. La même solution graphique peut être utilisée pour trouver les valeurs maximales des autres variables : pertes de charge à l'aspiration Hf, pression de vapeur Hvp ou pour aider à sélectionner une pompe avec une valeur NPSHr admissible. Prenez une minute pour regarder le graphique, puis lisez la suite pour obtenir plus de détails sur l'origine des chiffres.

 

Dans ce cas, nous commençons à gauche par la variable la plus difficile à modifier : Ha, ou pression absolue, parce que l'emplacement de la pompe est là où elle se trouve. Une autre façon de considérer Ha est de dire qu'il s'agit de la hauteur maximale d'eau qui pourrait être forcée dans un long tuyau vertical par la pression atmosphérique sur le réservoir source, avec un vide parfait au sommet du tuyau. Ce projet est situé sur un site à 457 m au-dessus du niveau de la mer, avec un réservoir de source ouvert à l'atmosphère, ce qui fournit 9,78 m de hauteur de charge à partir de la pression atmosphérique pour forcer le liquide dans l'aspiration de la pompe lorsqu'elle est amorcée. Pour votre site, reportez-vous au tableau de la figure 2 pour obtenir les pieds ou les mètres de hauteur manométrique pour Ha.

Pression vs Altitude
Altitude		Pression barométrique		Tête
Pieds	Mètre	PSI	Bar	Pieds	Mètre
0	0	14.7	1.00	33.92	10.34
500	152	14.43	0.98	33.29	10.15
1,000	305	14.16	0.96	32.67	9.96
1,500	457	13.91	0.95	32.09	9.78
2,000	610	13.66	0.93	31.52	9.61
2,500	762	13.41	0.91	30.94	9.43
3,000	914	13.17	0.90	30.39	9.26
3,500	1,067	12.93	0.88	29.83	9.09
4,000	1,219	12.69	0.86	29.28	8.92
4,500	1,372	12.46	0.85	28.75	8.76
5,000	1,524	12.23	0.83	28.22	8.60
6,000	1,829	11.78	0.80	27.18	8.28
7,000	2,134	11.34	0.77	26.16	7.97
8,000	2,438	10.91	0.74	25.17	7.67
9,000	2,743	10.5	0.71	24.23	7.38
10,000	3,048	10.1	0.69	23.30	7.10
15,000	4,572	8.3	0.56	19.15	5.84
20,000	6,096	6.76	0.46	15.60	4.75

Fig. 2. – Pression absolue (et équivalent de hauteur) vs. altitude Tableau

 

 

De retour à la figure 1, regardez en bas à droite pour le NPSHr. Cette valeur est fonction de la pompe choisie, à la vitesse souhaitée. Avec les pompes Viking, vous pouvez trouver le NPSHr en pieds ou en mètres de hauteur manométrique sur le générateur de courbes Viking, comme indiqué sur la Fig. 3. Pour les autres pompes, consultez le fabricant de la pompe.

 

 

Un avantage unique des pompes Viking, et des pompes PD en général, est qu'en cas de cavitation, il est possible de réduire le NPSHr d'une pompe existante en réduisant simplement la vitesse, soit par l'intermédiaire d'un entraînement à fréquence variable (Variateur de vitesse), soit en changeant le rapport du réducteur. Les effets de cette réduction de vitesse sont illustrés à la figure 4, où une réduction de la vitesse de quelques centaines de tours/minute peut réduire le NPSHr de plusieurs pieds. Bien entendu, cela réduira le débit, qui est proportionnel à la vitesse, mais cela peut être une bonne solution temporaire jusqu'à ce que d'autres variables soient prises en compte.

 

Cela confirme également la pratique courante qui consiste à choisir une pompe plus grosse et à la faire fonctionner plus lentement pour maximiser sa durée de vie. Pour obtenir les 18 m3/h que nous souhaitons, nous aurions pu choisir la pompe immédiatement supérieure, une L4124A fonctionnant à 390 tr/min avec un NPSHr de seulement 1,37 m, ou même le modèle immédiatement supérieur, une LL4124A à 313 tr/min avec 1,01 m de NPSHr, tous deux nettement inférieurs à la KK.

 

En fonction du liquide pompé, la pression de vapeur Hvp peut sembler fixe, mais pour de nombreux liquides volatils, la Hvp peut être réduite en diminuant la température. C'est ce que montre le graphique de la pression de vapeur en fonction de la température de la figure 5. Cela explique également pourquoi certaines pompes cavitent en été mais pas en hiver, si leur NPSHa et leur NPSHr sont presque égaux.

 

 

 

Les pertes par frottement dans la conduite d'aspiration, Hf, peuvent être réduites, même dans les systèmes existants, en augmentant la taille de la conduite d'aspiration, en remplaçant les coudes standard par des coudes à long rayon, en augmentant la taille des mailles des crépines d'aspiration ou en remplaçant les vannes par des modèles à faibles pertes par frottement (par exemple, en remplaçant les robinets à soupape par des robinets-vannes). Le déplacement de la pompe pour la rapprocher du réservoir d'origine peut être une solution de dernier recours.

 

Enfin, la distance verticale entre la surface du liquide dans le réservoir d'alimentation et l'axe de la pompe vous indiquera la hauteur d'aspiration, le cas échéant, autorisée pour permettre à la pompe d'être située au-dessus du niveau du liquide dans le réservoir.

 

À titre de vérification, introduisons les valeurs obtenues à partir de la solution graphique dans l'équation originale du NPSHa NPSHa = Ha ± Hz - Hf - Hvp. Nous obtenons NPSHa = 32,1' - 9,5' - 12,1' - 3,8' = 6,7', ou 9,78m - 2,89m -3,69m - 1,16m = 2,04m, qui se trouvent être égales aux valeurs NPSHr de la pompe que nous avons choisie, donc dans les deux approches NPSHa=NPSHr. Notez que, comme il s'agit d'une hauteur d'aspiration, nous soustrayons Hz. S'il s'agissait d'une hauteur d'aspiration positive, nous l'ajouterions.

 

La plupart des utilisateurs de pompes souhaitent que le NPSHa dépasse le NPSHr d'une marge d'au moins quelques pieds pour tenir compte des conditions changeantes, et bien que la marge ne soit pas indiquée dans ces graphiques ou calculs, c'est clairement une bonne pratique d'en tenir compte. Ainsi, bien que nous puissions obtenir une hauteur d'aspiration Hz allant jusqu'à 2,93 m, il serait optimal de réduire cette hauteur de quelques pieds ou d'un mètre, ou de procéder à d'autres ajustements pour améliorer le NPSHa, par exemple en choisissant une pompe de taille L ou LL plus grande.

 

Comment savoir si l'aspiration n'est pas possible ? Si la somme de NPSHr + Hvp + Hf dépasse Ha, la différence, Hz, doit être une hauteur positive à l'aspiration de la pompe. Par exemple, si vous voulez rincer le même système de pompe avec de l'eau chaude entre les lots. Avec une eau à 180⁰F (82⁰C), Hvp est de 17,8' (5,43m). Regardez le graphique ci-dessous.

 

Dans ce cas, la pression de vapeur élevée de l'eau chaude nécessite un minimum de 1,38 m de hauteur positive du côté de l'aspiration de la pompe pour éviter la cavitation. Dans ce cas, une source d'eau chaude doit être située au-dessus de la pompe pour le cycle de rinçage.

Deux dernières mises en garde : 1) cette brève discussion ne tient pas compte des applications puisant dans des cuves sous pression ou sous vide, et 2) elle ne tient pas compte de Hv, la hauteur de charge à l'orifice d'aspiration, parce qu'elle est généralement négligeable. Les valeurs Hv pour les pompes Viking figurent dans la publication AD-19 de Viking intitulée « Net Positive Suction Head » (hauteur d'aspiration positive nette).

Comme vous l'avez vu, la visualisation du NPSH n'est pas très difficile et peut permettre de prévenir ou de résoudre des problèmes de cavitation qui entraîneraient des temps d'arrêt imprévus et des coûts d'entretien excessifs. N'hésitez pas à consulter votre distributeur agréé Viking Pump pour obtenir de l'aide sur la sélection de nouvelles pompes et sur les stratégies d'évitement de la cavitation.