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Machine de conversion d’énergie : comment fonctionne la pompe centrifuge

Le rôle de toute pompe centrifuge est de véhiculer un fluide, ce qui nécessite un « travail ». Pour ce faire, la pompe doit doter le fluide d’une forme d’énergie appropriée. Pourquoi parlons-nous de forme d’énergie appropriée ?

Parce que pour toute tâche, il est nécessaire de disposer du bon type ou de la bonne forme d’énergie. Par exemple, nous pouvons avoir accès à l’énergie thermique, mais si nous chauffons l’eau, elle ne se déplacera pas du point A au point B : elle bouillira. Dans une centrale électrique, cette même énergie thermique est convertie en énergie électrique, qui fait tourner le moteur et l’arbre de la pompe, et convertit à son tour l’énergie en énergie cinétique et de pression, ce qui est précisément la forme dont nous avons besoin pour déplacer le fluide.

Une pompe centrifuge est une machine de conversion d’énergie. L’énergie mécanique de l’arbre est convertie en énergie cinétique en augmentant la vitesse du fluide à la sortie de la roue. Ensuite, la plus grande partie de cette énergie est convertie en énergie de pression dans la volute de pompe ou le diffuseur.  Comment ? Selon le principe de Bernoulli pour un flux incompressible. L’énergie totale de n’importe quel point le long de l’écoulement est constante. Une augmentation ou une diminution d’une forme d’énergie entraîne une diminution ou une augmentation d’autres formes, mais l’énergie totale reste la même. Dans notre cas, lorsque nous parlons de l’énergie totale à n’importe quel point de l’installation de pompage (pompes, tuyauteries, vannes…), nous parlons des énergies cinétique, potentielle et de pression. Dans une volute de pompe ou un diffuseur, les changements d’énergie potentielle (hauteur) sont négligeables. L’énergie totale dans la volute de pompe est donc composée des énergies cinétique et de pression.

En regardant la vue en coupe d’une volute de pompe, on peut voir que la roue est décalée par rapport au corps. Le passage de fluide entre la roue et le corps augmente au fur et à mesure qu’il se rapproche de l’orifice de refoulement. Nous savons que le débit (Q) est égal à la vitesse multipliée par la surface (Q=VxA). Par conséquent, pour un débit donné (Q), l’augmentation de la section transversale se traduit par une diminution de la vitesse (énergie cinétique). Comme l’énergie totale doit rester constante, il n’y a pas d’autre choix que d’augmenter l’énergie de pression du fluide. Le fluide dépense l’énergie gagnée pour se déplacer dans la tuyauterie, surmonter les forces de frottement statique et dynamique dans l’installation et exécuter le « travail » consistant à se déplacer dans la tuyauterie.