Sommaire de la page
- Comment calculer le NPSH disponible et vérifier qu'une…
- Formules du NPSH
- NPSH disponible selon la position de la pompe (eau à 20…
- Effet de la température du liquide sur le NPSH disponible
- Calculateur NPSH disponible et risque de cavitation
- Explications détaillées et calcul dans Mecaflux
- Questions fréquentes
Comment calculer le NPSH disponible et vérifier qu'une pompe ne cavite pas ?
Le NPSH disponible (Net Positive Suction Head) est la marge de pression, exprimée en mètres de colonne du liquide, qui sépare l'entrée de la pompe de la pression de vapeur du liquide : NPSHd = (P0 − Pv) / (ρ g) − Hasp − ΔHasp, avec Hasp la hauteur d'aspiration (négative si la pompe est en charge) et ΔHasp les pertes de charge de la conduite d'aspiration. Le NPSH requis, donné par la courbe du constructeur, est la chute de pression que la pompe crée elle-même à l'entrée de sa roue. Pour ne pas caviter, il faut NPSHd ≥ NPSHr + 0,5 m. Exemple : eau à 20 °C au niveau de la mer, (Patm − Pv)/ρg = 10,11 m ; pompe placée 4 m au-dessus du plan d'eau avec 0,5 m de pertes à l'aspiration : NPSHd = 10,11 − 4 − 0,5 = 5,61 m. Une pompe de NPSH requis 3 m convient (marge 2,6 m) ; à 7 m de hauteur elle caviterait. Le calculateur ci-dessous fait ce bilan avec votre liquide, votre altitude et votre pompe, et donne la hauteur d'aspiration maximale.
Formules du NPSH
- NPSHd : NPSH disponible de l'installation, en m de colonne du liquide pompé ; NPSHr : NPSH requis par la pompe, lu sur sa courbe au débit de fonctionnement (0,5 à 3 m en général, plus pour les pompes rapides)
- P0 : pression absolue sur la surface du liquide, en Pa (pression atmosphérique pour un réservoir ouvert, qui dépend de l'altitude) ; Pv : pression de vapeur saturante à la température du liquide, en Pa
- ρ : masse volumique du liquide, en kg/m³ ; g = 9,81 m/s²
- Hasp : hauteur de l'axe de la pompe au-dessus de la surface du liquide, en m ; négative quand la pompe est en charge (sous le niveau)
- ΔHasp : pertes de charge de la tuyauterie d'aspiration au débit considéré, en m ; marge : 0,5 m au moins, ou 10 % du NPSH requis
NPSH disponible selon la position de la pompe (eau à 20 °C, niveau de la mer)
| Position de la pompe | Hasp | NPSH disponible | Marge sur NPSH requis 3 m | Verdict |
|---|---|---|---|---|
| 3 m sous le niveau (en charge) | −3 m | 12,61 m | 9,6 m | aucun risque |
| 1 m sous le niveau | −1 m | 10,61 m | 7,6 m | aucun risque |
| à la hauteur du plan d'eau | 0 m | 9,61 m | 6,6 m | aucun risque |
| 2 m au-dessus | +2 m | 7,61 m | 4,6 m | correct |
| 4 m au-dessus | +4 m | 5,61 m | 2,6 m | correct |
| 6 m au-dessus | +6 m | 3,61 m | 0,6 m | limite |
| 8 m au-dessus | +8 m | 1,61 m | −1,4 m | cavitation |
Effet de la température du liquide sur le NPSH disponible
| Température de l'eau | Pression de vapeur Pv | (Patm − Pv)/ρg | NPSH disponible |
|---|---|---|---|
| 10 °C | 1,2 kPa | 10,21 m | 6,71 m |
| 20 °C | 2,3 kPa | 10,11 m | 6,61 m |
| 40 °C | 7,4 kPa | 9,65 m | 6,15 m |
| 60 °C | 19,9 kPa | 8,45 m | 4,95 m |
| 80 °C | 47,3 kPa | 5,67 m | 2,17 m |
| 95 °C | 84,5 kPa | 1,79 m | −1,71 m : pompe en charge obligatoire |
Explications détaillées et calcul dans Mecaflux
Le NPSH disponible et le NPSH requis.
imaginons un tube vertical de 1 mètre de hauteur remplis d'eau, pour soulever cette colonne d'eau il faudrait une dépression en haut de la colonne, au moins égale à la pression (générée par le poids de l'eau) au pied… Plus la colonne est haute plus cette dépression doit être importante.
Si la dépression nécessaire pour soulever la colonne d'eau, fait tomber la pression du liquide au-dessous du seuil de "pression de vapeur saturante" le liquide se transforme en gaz dans la zone ou la pression est la plus basse (en général au point d'accélération maximum du fluide) on cavite.
La hauteur d'eau à l'aspiration limite donc la "dépression qu'il est possible" de créer sans caviter. Si la hauteur d'eau est trop importante pour être soulevée sans caviter il faudra placer des pompes intermédiaires...
Cette "dépression possible" avant cavitation se nomme NPSH disponible.
Le NPSH disponible est une valeur en mètre de colonne de fluide(mcf) et est lié à la hauteur d'eau à l'aspiration.
Jusqu'ici on a seulement soulevé cette colonne d'eau sans lui donner de vitesse, pour qu'un liquide se déplace à un certain débit la pompe doit générer une dépression supplémentaire. Cette dépression doit être d'autant plus grande que le débit désiré est important.
Cette dépression supplémentaire liée au débit de la pompe se nomme le NPSH requis. Le fabricant de pompe fourni un graphique ou l'on voit la courbe liant le NPSH requis au débit. en général ces valeurs varient de 0,5 à 3 mcf
Le NPSH requis d'une pompe est une valeur en mètres de colonne de fluide(mcf)
Si une colonne d'eau est si lourde qu'elle ne laisse la possibilité de l'aspirer que très faiblement( NPSH disponible) avant de caviter, il faudra se contenter d'une faible aspiration supplémentaire (NPSH requis) donc d'un faible débit...
Si la hauteur d'eau est trop importante pour être soulevée sans caviter il faudra placer des pompes intermédiaires...
Exemple de courbe liant le NPSH requis en mètres de colonne de fluide (mcf) au débit :
Questions fréquentes
Quelle différence entre NPSH requis et NPSH disponible ?
Le NPSH disponible dépend de l'installation : pression sur le liquide, température, hauteur d'aspiration, pertes de charge de la conduite d'aspiration ; il se calcule, et c'est ce que fait le calculateur ci-dessus. Le NPSH requis dépend de la pompe seule : c'est la chute de pression interne entre la bride d'aspiration et le point le plus en dépression de la roue ; il se mesure sur banc d'essai et le constructeur le trace en fonction du débit. Le premier doit toujours dépasser le second, avec une marge, sur toute la plage de débit prévue.
Comment augmenter le NPSH disponible d'une installation ?
En abaissant la pompe ou en la mettant en charge sous le niveau du réservoir (chaque mètre gagné s'ajoute au NPSH disponible), en réduisant les pertes de charge à l'aspiration (conduite courte, diamètre supérieur à celui du refoulement, crépine propre, pas de coude près de la bride), en refroidissant le liquide pour abaisser sa pression de vapeur, ou en pressurisant le réservoir. Côté pompe, une vitesse de rotation plus faible ou une roue à inducteur réduisent le NPSH requis.
Pourquoi le NPSH requis augmente-t-il avec le débit, et quelle marge prendre ?
Parce que la vitesse à l'entrée de la roue croît avec le débit, et avec elle la dépression locale qui amorce la vaporisation : la courbe de NPSH requis remonte fortement à droite du point de meilleur rendement. Dans le même temps, les pertes de charge à l'aspiration croissent comme le carré du débit et réduisent le NPSH disponible. La vérification se fait donc au débit maximal prévu, avec une marge d'au moins 0,5 m, ou 10 à 30 % du NPSH requis pour les liquides chauds et les grosses pompes, car la cavitation commence avant la chute de hauteur de 3 % qui sert à définir le NPSH requis.
Comment vérifier le NPSH de ma pompe sur mon installation ?
Mecaflux Standard calcule automatiquement le NPSH disponible dès que vous saisissez la hauteur d'aspiration, le liquide et sa température, le compare au NPSH requis de la pompe choisie dans l'éditeur de pompes et déclenche une alerte de cavitation au point de fonctionnement calculé. Pour une station de pompage à concevoir ou à vérifier, Mecaflux réalise l'étude de votre projet et vous remet la note de calcul, ou vous propose une formation sur le logiciel appliquée à votre propre installation.