Comment la viscosité affecte les pompes centrifuges
L’Hydraulic Institute a publié une norme pour tenir compte des effets de la viscosité sur les performances des pompes centrifuges. Effects of Liquid Viscosity on Rotodynamic Centrifugal and Vertical Pump Performance- disponible sur www.estore.pumps.org-was révisé en 2010. Avant cette publication, les corrections de viscosité étaient effectuées à l’aide de tableaux de correction de viscosité.
La nouvelle méthode est beaucoup plus facile à utiliser car elle calcule automatiquement les corrections de viscosité en utilisant les formules fournies. La nécessité de » jeter un coup d’œil » à partir des tableaux a été supprimée, de sorte que la nouvelle méthode est plus précise. La norme fournit également une description générale de la méthode, de ses limites et des types de pompes et de leurs caractéristiques de conception pour lesquels la procédure est applicable. Ce qui suit est le résultat d’une discussion entre plusieurs de nos lecteurs.
Qu’est-ce qu’un fluide newtonien ?
Pouvons-nous supposer que le pétrole brut ou les produits raffinés se comportent comme des fluides newtoniens ? Une affirmation clé est « La viscosité est uniquement fonction de l’état du fluide, notamment de sa température. » L’eau, le pétrole, l’essence, l’alcool et même la glycérine sont des exemples de fluides newtoniens.
Exemples de fluides non newtoniens.Newtoniens sont les boues, les suspensions, les gels et les colloïdes. On pourrait peut-être se sentir à l’aise avec cette hypothèse pour le pétrole brut et les produits raffinés. Mais le brut lourd cesse-t-il à un moment donné (basse température) de se comporter comme un fluide newtonien ?
La plupart des fluides sont newtoniens, la définition de base étant que la viscosité est constante avec le taux de cisaillement. Qu’est-ce que le taux de cisaillement ? C’est la contrainte relative imposée au fluide par le fluide en mouvement. Prenons l’exemple d’une roue fermée de 10 pouces de diamètre extérieur (DE), avec un jeu radial de 0,010 pouce entre les bagues d’usure, qui sont à un diamètre de 5 pouces. Si elle tourne à 3 600 tr/min, la vitesse périphérique du métal est de 78 pieds par seconde. Le fluide en contact direct avec l’anneau tourne à la même vitesse, selon une condition de non-glissement. L’anneau stationnaire est à 0,010 pouce du mouvement, donc le gradient de vitesse est :
C’est le taux de cisaillement.
Pour une roue ouverte, la distance est entre l’ailette ouverte de la roue en rotation et la paroi du boîtier. Or la vitesse périphérique change le long de la position radiale de l’aube (elle est à un peu moins de 5 pouces par rapport au diamètre extérieur de, disons, 10 pouces). Une valeur moyenne peut être estimée (le calcul est similaire à celui ci-dessus), et le taux de cisaillement sera similaire.
Sensibles au cisaillement , non-newtoniens
Les fluides sensibles au cisaillement n’aiment pas un tel cisaillement.Les fluides sensibles au cisaillement n’aiment pas cette action de cisaillement. La colle, par exemple, devient collante. La colle, cependant, n’est pas pompée par des pompes centrifuges mais plus généralement par des pompes à engrenages. Le taux de cisaillement, cependant, fonctionne là aussi : dans un espace entre l’engrenage en rotation et la paroi, et cet espace est aussi typiquement de l’ordre de 0,005 pouce.
Un tel taux de cisaillement, cependant, n’est généralement pas un problème, car la quantité de produit dans l’espace est faible et la » dilution » globale par le fluide collant et endommagé est négligeable. Dans certains cas, cependant, le problème se pose. Par exemple, si le fluide pompé par une pompe à engrenages est une émulsion déposée sur un film photographique, alors même des imperfections mineures peuvent provoquer des taches et des défauts, et le film finit par être défectueux.
Le pompage d’aliments – comme des cerises, des appliques, etc – dans l’industrie des conserves soulève des préoccupations similaires. L’exigence de la pompe est un pompage doux avec un faible cisaillement. Les pompes à cavité progressive fonctionnent le mieux pour ces cas.
Dans une pompe centrifuge dont le jeu entre la paroi de la roue et le boîtier est de 0.5 pouce, le taux de cisaillement est de :
Figure 1. Les différents types de fluides
Newtoniens & Fluides non newtoniens et viscosité
Avec les fluides newtoniens, la viscosité ne dépend pas du taux de cisaillement. Si une huile pompée a une viscosité de 300 cSt, par exemple, elle le reste à 3 600 tr/min ou à 1 800 tr/min. Le taux de cisaillement change, mais la viscosité est toujours de 300 cSt.
Cependant, pour certains fluides (non newtoniens), la viscosité change – à la hausse ou à la baisse, comme le montre la figure 1. Ces fluides sont dilatants ou thixotropes. Cela a un effet sur la puissance requise et peut également entraîner une dégradation du fluide, en plus d’avoir un effet (et c’est généralement le cas) sur la puissance. La puissance est la force multipliée par la vitesse. La force est la contrainte multipliée par la surface. La contrainte est la viscosité multipliée par le taux de cisaillement.
Pour les fluides dilatants, la contrainte de cisaillement augmente toujours, car la viscosité et le taux de cisaillement augmentent tous deux, mais pour les fluides thixotropes, cela peut aller dans les deux sens. Le taux de cisaillement peut ne pas augmenter aussi vite que la diminution de la viscosité, et le produit (la contrainte) peut augmenter, diminuer ou rester à peu près le même. Tout dépend du fluide pompé. En général, cependant, la contrainte de cisaillement diminue. Cela signifie que la puissance de la pompe diminue également avec le taux de cisaillement. En d’autres termes, le fluide est d’abord visqueux, mais une fois qu’il commence à se déplacer, il devient moins visqueux, ce qui signifie que moins de puissance est nécessaire pour le pomper.
La négligence de la puissance du moteur (moteur choisi trop petit) est courante. Il est dimensionné en fonction de la viscosité du fluide en mouvement, mais ensuite un moteur continue à déclencher au démarrage parce qu’il faut plus de puissance pour faire avancer les choses. Le ketchup en est un exemple, et c’est pourquoi vous devez secouer la bouteille comme un fou dans un restaurant pour qu’elle coule. Cependant, une fois qu’il coule, il le fait rapidement.
Comme toujours, un quiz de départ. Pourquoi une règle » typique » veut-elle que les pompes centrifuges ne fonctionnent pas bien au-delà du chiffre magique de 500 centistokes de viscosité ? Une réponse correcte vous permet d’obtenir un billet d’entrée gratuit pour la prochaine session de l’école de pompes :
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