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Quelles sont les différences entre une pompe « rotodynamique » dite centrifuge et une pompe volumétrique ?

Tout savoir sur la pompe "rotodynamique" dite centrifuge et la pompe volumétrique

Le principe de la pompe hydraulique est de donner de l’énergie à un liquide pour le déplacer ou encore le puiser. On distingue deux grandes familles de pompes industrielles : les pompes centrifuges et les volumétriques. Leur choix dépend essentiellement de la viscosité du liquide qui se définit en fonction de sa résistance à l’écoulement.

La pompe centrifuge permet généralement d’augmenter le débit d’un liquide tandis que la pompe volumétrique augmente la pression du fluide pour favoriser son déplacement. Découvrez ces deux technologies, leur principe de fonctionnement et leurs différences majeures.

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La pompe rotodynamique dite centrifuge

C’est le type de pompe industrielle le plus couramment utilisé. Elle se démocratise avec l'avènement du moteur à explosion au début du XXème siècle et représente aujourd’hui près de 75 % du marché international des pompes. Son principe est d’utiliser l’énergie mécanique de la turbine pour la convertir en énergie cinétique.

Qu’est-ce qu’une pompe centrifuge ?

Elle est utilisée pour transporter les liquides (leur viscosité est limitée). Par exemple, dans l’industrie cosmétique ou alimentaire, elle est très souvent employée pour la préparation de crèmes ou l’élaboration de produits. La particularité de cette machine est d’activer un effet centrifuge et transformer l’énergie mécanique en énergie cinétique.

Qu’est-ce qu’une pompe centrifuge ?

Le cycle de fonctionnement se déroule en deux temps :

L’aspiration du liquide est créée par une dépression au centre de la roue. Le rotor à aubes ou lames de la pompe tourne à grande vitesse dans le sens des aiguilles d’une montre. Il entraîne le liquide, lui donne de la vitesse et du mouvement. On parle d’énergie cinétique, c’est-à-dire de l’énergie du mouvement. Plus la vitesse de rotation augmente, plus l’énergie cinétique est importante.

Le refoulement du fluide se fait sous l’action de la force centrifuge de la pompe. À l’aide d’une volute en colimaçon, une grande partie de l’énergie cinétique se transforme à la sortie en pression motrice.

La pompe rotodynamique se compose d’une turbine placée à l’intérieur d’un corps excentrique, appelée aussi volute. Elle est reliée à un conduit d'aspiration généralement situé en bas et une buse de refoulement, plutôt en hauteur.

A noter qu’il n’y a pas de séparation entre l’aspiration et le refoulement. Elle doit être amorcée (ou remplie) pour fonctionner. Enfin, plus on lui demande de pression moins elle fait de débit.

La pompe volumétrique

Si cette pompe hydraulique permet aussi de transformer l’énergie mécanique en énergie hydraulique, le mécanisme est très différent. Appelée aussi pompe à déplacement positif, elle utilise les variations de volume pour aspirer un fluide et le forcer à se déplacer pour le refouler.

Principe de base des pompes volumétriques

Elles sont employées pour le déplacement de liquides homogènes : des liquides épais ou pâteux ou des fluides abrasifs comme le gaz. La viscosité du fluide est indispensable pour le bon fonctionnement de la pompe. On distingue deux types de pompes volumétriques : les pompes alternatives et les pompes rotatives. Leur débit varie en fonction du nombre de cycles ou de la vitesse de rotation. Un système de variation permet de moduler l’écoulement du liquide.

Comment fonctionne une pompe volumétrique ?

Le fluide est emprisonné dans un espace. La pression le force à se déplacer jusqu’à ce qu’il atteigne la sortie. On parle de transmission hydrostatique de l’énergie.

La pompe alternative

Elle fonctionne par translation rectiligne. Le transfert du liquide se produit grâce au mouvement alterné d’un ou plusieurs pistons ou de la déformation d'une membrane élastique.

Elle fonctionne de façon cyclique :

  • Dans un premier temps, le mouvement du piston qui recule ou de la membrane qui s'abaisse, permet d’augmenter le volume du corps de pompe. Fermé hermétiquement, cela engendre un vide partiel.
  • Le clapet de la buse d’aspiration s’ouvre alors pour laisser le fluide remplir cet espace.
  • Ensuite, le piston avance ou la membrane monte et la pression augmente dans le corps de la pompe, créant une impulsion permettant le déplacement.
  • Le clapet d’aspiration se ferme alors et celui du refoulement s’ouvre pour permettre la sortie du liquide
  • Le cycle se termine et peut ainsi recommencer

Les pompes rotatives ou semi rotatives

Le principe est identique mais ces pompes fonctionnent par rotation pour permettre au liquide de circuler depuis le clapet d'aspiration vers celui de refoulement.

Il est important de souligner ici que le fonctionnement d’une pompe volumétrique dépend de la pression atmosphérique. C’est elle qui rend possible l’arrivée du liquide pour combler le vide.

Ils existent plusieurs modèles de pompes rotatives :

  • Les pompes à palette, équipées d’un rotor muni de palettes ou lames.
  • Les pompes à vis.
  • Les pompes à engrenages externes ou internes.
  • Les pompes à pistons axiaux ou radiaux.
  • Les pompes doseuses

Quelles différences entre une pompe centrifuge et une pompe volumétrique ?

Des pompes adaptées à des fluides différents

La pompe centrifuge est utilisée avec des fluides de faible viscosité comme l’eau. En effet, les mouvements de rotation de la pompe peuvent altérer la nature du liquide puisé. C’est pourquoi, elle n’est pas adaptée pour des produits qui ne supportent pas l’agitation ou qui risqueraient de changer de nature. La pompe volumétrique est adaptée aux produits visqueux, comme l’huile, ou encore aux produits délicats. Elle est peu sensible à la densité du fluide et à la contre pression. On l’utilise en haute pression et petits débits pour doser.

Des différences de débit

Pour une pompe volumétrique, qui transfère un fluide incompressible, la vanne de réglage au niveau du refoulement est inutile, voire dangereuse. En revanche, elle est absolument nécessaire pour une pompe centrifuge dans laquelle le débit est influencé par la pression au conduit de sortie.

Ainsi, le débit d’une pompe centrifuge est généralement constant alors qu’il est intermittent dans une pompe volumétrique. Une phase d’aspiration suit une phase de refoulement. Ce type de pompe est, de ce fait, équipé d’une soupape de protection ou de décharge dite bypass. Lorsque la ligne de refoulement est bouchée ou obstruée, cela permet de créer une dérivation (fuite interne).

Les pompes volumétriques sont souvent employées pour des faibles pressions et des débits moyens mais il faut savoir que certains modèles peuvent atteindre de très fortes pressions.

L’amorçage

La pompe centrifuge est rarement auto-amorçante. Pour sa mise en fonctionnement, il est nécessaire de l’amorcer, c’est-à-dire de la remplir de liquide à pomper pour chasser l’air présent.

Il existe quelques modèles qui peuvent s’amorcer automatiquement si la hauteur d’aspiration n’est pas très importante. En revanche, la pompe volumétrique est auto-amorçante. Il est donc inutile de la remplir de liquide avant sa mise en route. Le vide créé est suffisant pour déplacer le fluide.

Ainsi, le mécanisme relativement simple de la pompe centrifuge offre un bon rendement pour un prix raisonnable. De plus, elle réclame peu d’entretien ! Mais elle ne convient que pour des liquides peu visqueux. Pour un débit équivalent, la pompe volumétrique est plus lourde. Son mécanisme plus complexe est plus volumineux. Elle est généralement plus onéreuse et nécessite un entretien régulier mais elle est particulièrement adaptée au dosage.