Station de pompage : NPSH disponible et cavitation après colmatage
Une station d'irrigation doit refouler 12 m³/h d'eau d'un bassin vers un réservoir situé 22 m plus haut. La pompe centrifuge choisie fournit, à ce débit, une hauteur manométrique totale de 32 m, avec un NPSH requis de 3,5 m. Le circuit refoulant présente des pertes de charge calculées de 6,5 m à ce débit ; le circuit d'aspiration, avec crépine propre, 0,6 m. L'axe de la pompe est situé 4,0 m au-dessus du niveau du bassin. L'eau est à 20 °C : pression de vapeur saturante 0,24 m d'eau, pression atmosphérique 10,1 m d'eau. Après quelques semaines, l'opérateur constate un bruit de cailloux dans la pompe, une baisse du débit à 9 m³/h et des vibrations inhabituelles. La crépine d'aspiration est partiellement colmatée ; on estime la perte de charge supplémentaire à 2,4 m. Le niveau du bassin est au minimum, soit 0,8 m plus bas que lors du dimensionnement initial. Le circuit refoulant n'a pas été modifié et la vanne de réglage est restée grande ouverte.
1. Calculer le NPSH disponible dans les conditions initiales et conclure sur le risque de cavitation. Vérifier aussi l'ordre de grandeur de la hauteur manométrique demandée.
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NPSH disponible : NPSHa = p_atm/(ρg) - p_vap/(ρg) - H_s - ΔH_aspiration. Ici, en mètres d'eau : NPSHa = 10,1 - 0,24 - 4,0 - 0,6 = 5,26 m. Le NPSH requis est 3,5 m : la marge est de 1,76 m, donc pas de cavitation attendue dans les conditions initiales. On peut aussi vérifier la HMT demandée : 22 + 6,5 + 0,6 = 29,1 m, inférieure aux 32 m fournis à 12 m³/h. La pompe aurait donc tendance à débiter un peu plus que 12 m³/h, ce qui augmenterait les pertes et le NPSH requis ; il faudrait vérifier le point de fonctionnement réel, mais la marge initiale reste suffisante.
2. Après colmatage de la crépine et baisse du niveau, calculer le nouveau NPSH disponible et expliquer les symptômes observés.
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Après colmatage et baisse de niveau : H_s = 4,0 + 0,8 = 4,8 m ; ΔH_aspiration = 0,6 + 2,4 = 3,0 m. NPSHa = 10,1 - 0,24 - 4,8 - 3,0 = 2,06 m. Le NPSH disponible est inférieur au NPSH requis de 3,5 m : déficit de 1,44 m. La pression locale passe sous la pression de vapeur saturante, des bulles se forment puis implosent. Cela explique le bruit de cailloux, les vibrations et la baisse de débit. Le débit de 9 m³/h ne doit pas être interprété comme un simple réglage : la pompe fonctionne en cavitation, avec risque d'érosion des roues et de destruction des paliers.
3. Proposer deux actions correctives en distinguant celles qui traitent la cause et celles qui ne traitent que le symptôme. Expliquer pourquoi réduire le débit au refoulement ne suffit pas.
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Actions correctives :
- Traiter la cause : nettoyer ou remplacer la crépine, augmenter le diamètre de la conduite d'aspiration, réduire la hauteur d'aspiration en abaissant la pompe ou en maintenant le niveau du bassin, installer un brise-vortex, refroidir l'eau si possible.
- Traiter le symptôme : réduire le débit au refoulement diminue généralement le NPSH requis et peut faire cesser temporairement la cavitation, mais ne restaure pas la marge si l'aspiration reste colmatée ; cela peut aussi provoquer un échauffement de la pompe. Il faut donc d'abord rétablir une aspiration propre et vérifier le NPSHa après travaux.