LA AVITATION ….OMMENT L’ÉVITER - Sas Ravey

1 LA CAVITATION ..COMMENT L VITER La cavitation n est pas un ph nom ne nouveau, mais il est grandissant. Bien qu aucun chiffre n existe, ce n est pas mentir de dire que durant ces cinq derni res ann es, les cas de cavitation dans les pompes ont fortement augment s. Bien trop souvent, la pompe elle-m me est malencontreusement mise en cause. Les probl mes du syst me de pompage, incluant la cavitation, se manifestent souvent sur la pompe mais sont rarement provoqu s par celle-ci. En fait, 9 fois sur 10, les probl mes des pompes ne proviennent pas des pompes mais, comme la cavitation, d une mauvaise d termination ou d un d faut d entretien. Les probl mes des pompes caus s par la cavitation, comme les vibrations, peuvent tre graves et peuvent conduire une destruction m canique de la pompe. La cavitation peut r duire la dur e de vie initiale de de 10/15 ans seulement 2 ans dans les cas les plus extr mes.

2 Mais pourquoi la cavitation augmente-elle alors qu il y a 20 ans, c tait un ph nom ne rare ? Je crois qu une de ces raisons tient au fait que les ing nieurs des diff rentes industries, comme l industrie de l eau, sont aujourd hui incapables de choisir parmi un tr s large choix des diff rentes technologies. Il est pour eux inutile d tre expert dans les domaines de la cavitation et des dimensionnements. La v rit sur ce sujet, c est que la pr sence de cavitation est essentiellement due une mauvaise d termination et une m connaissance flagrante de ses causes. Ce document tudie les causes et les effets de la cavitation ainsi que les moyens et m thodes suivre pour un bon dimensionnement. Les solutions possibles pour les installations provoquant de la cavitation sont discutables mais quelques-unes peuvent devenir tr s ch res et d rangeantes. La bonne nouvelle est que la cavitation et ses effets sur la maintenance et les couts de r paration peuvent tre vit es.

3 J esp re que ce document am liorera la connaissance de la cavitation et offrira des solutions pour les utilisateurs des pompes. Qu est-ce que la cavitation ? _____ Qu est-ce que la pression de vaporisation ? Avec la combinaison particuli re d une pression et d une temp rature, diff rente pour chaque liquide, les mol cules vaporisent. Un exemple courant est la casserole d eau bouillante sur le feu. Quant la pression atmosph rique, l eau boue 100 C, il se forme des bulles au fond de la casserole et la vapeur monte. Cela indique que nous avons combin la pression de vapeur et la temp rature, et par cons quent l eau commence bouillir. La pression de vapeur est d finie par la pression laquelle les mol cules du liquide se transforment en vapeur. Il est noter que la pression de vapeur pour tous les liquides varie avec la temp rature.

4 Il est important de comprendre que la pression de vapeur et la temp rature sont li es. Une bouteille moiti vide soumise un vide partiel va commencer bouillir sans apport de chaleur. Propri t s de l eau diff rentes temp ratures En contr lant la pression laquelle est soumise l eau, on peut changer sa pression de vapeur et ventuellement la faire bouillir temp rature ambiante. Le tableau ci-contre illustre partir de la temp rature, la variation de la pression de vapeur, la densit et la gravit sp cifique de l eau. A 5 C la densit est de 1000 et la gravit sp cifique est de 1. A 100 C la densit est de 958 et la gravit sp cifique est de Les changements sont notables mais pas importants. La cavitation peut avoir des effets s rieux sur le fonctionnement et la dur e de vie des pompes. Elle peut affecter plusieurs composants de la pompe, mais c est souvent la turbine qui en subit l impact principal.

5 Une turbine neuve qui a souffert de la cavitation aura le m me aspect que si elle avait t utilis e plusieurs ann es. Le mat riau de la turbine peut tre rod et irr parable. La cavitation apparait quand le liquide pomp se vaporise basse pression. Cela se produit cause d une pression insuffisante l entr e de la pompe, en d autres termes, quand il y a un NPSHa insuffisant ( Net Positif Suction Head available). Quand la cavitation apparait, des bulles d air sont cr es basse pression. Pendant que le liquide s coule de l aspiration de la turbine sa sortie, les bulles implosent, ce qui cr e des ondes de chocs qui attaquent la turbine et provoquent des vibrations dans la pompe et des d g ts m caniques pouvant conduire la destruction compl te de la pompe diff rents niveaux. La variabilit de de la pression de vapeur A 5 C elle est de 872, mais 100 C elle est de 101000 ce qui est norme en termes de pression.

6 Cela signifie que pour une combinaison de pression et de temp rature dans le tableau, le liquide (l eau dans notre cas) va vaporiser et bouillir. Par exemple, un verre d eau soumis une pression de 2337 N/m 20 C va commencer bouillir. A 100 C la pression de vapeur est de 101325 N/m , ce qui correspond la pression atmosph rique. Il est important de noter qu avec la cavitation, on a affaire des pressons absolues et non des pressions de jauge. En r gulant la pression et la temp rature, il est possible de d marrer une bullition diff rents points. Les autres liquides ont des diagrammes similaires mais avec des valeurs diff rentes. L influence de la pression atmosph rique L eau va commencer bouillir 100 C sous 1 bar de pression, d autres liquides comme le butane sont tr s diff rents et vont bouillir des temp ratures bien plus faibles que l eau, voire n gatives.

7 Il faut noter que la pression d pend de l altitude. Le diagramme ci-dessous indique une valeur 1500m et une autre 10000m et d montre qu 1500m la pression de vapeur de l eau est abaiss e suffisamment pour permettre l bullition 80 est courant que des pompes soient install es dans diff rentes parties du monde des altitudes similaires, comme Johannesburg 1700m d altitude. Dans de tels endroits il est important de d terminer le changement de pression de vapeur Qu est-ce qui provoque la cavitation ? La cavitation apparait dans une pompe quand la pression et la temp rature du liquide l entr e de la turbine gale la pression de vapeur. La cavitation peut apparaitre basse pression et des temp ratures de fonctionnement normales. Localement elle r sulte de la vaporisation du liquide en cr ant de tr s hautes temp ratures et pression qui peuvent atteindre 10000 K et 1G N/m.

8 Quand la cavitation apparait des bulles se forment ; comme la pression dans la pompe augmente, ces bulles s coulent dans une sorte d implosion, qui est aussi violente qu une explosion. Cette implosion provoque des ondes de chocs qui se d placent travers le liquide et percutent la turbine en causant des d g ts m caniques. L impact de la cavitation sur une pompe La cavitation provoque une alt ration des caract ristiques, des d g ts m caniques, du bruit et des vibrations qui peuvent conduire la destruction compl te de la pompe. Souvent le premier sympt me est la vibration. Il faut noter que les vibrations endommagent galement d autres composants tels que l arbre, les roulements et les joints La photo ci-dessous illustre les d g ts subit par une turbine sur laquelle des parties ont disparues. Comment supprimer la cavitation ? Sans changer les conditions d aspiration ou les propri t s du liquide pendant le fonctionnement, la cavitation peut tre supprim e le plus facilement lors du dimensionnement.

9 La cl est la compr hension du NPSH et sa prise en compte pour la d termination. Afin de comprendre ce terme plus facilement, il peut tre utile de le d composer : NET est ce qui reste apr s tous les calculs POSITIF est vident SUCTION HEAD est la pression l entr e de la pompe NPSH est d fini par la diff rence entre la pression disponible l entr e de la pompe et la pression de vapeur du liquide. Il est important de garder en m moire que la pression de vapeur est diff rente en fonction des liquides et qu elle varie en fonction de la temp rature et de la pression atmosph rique. Il est galement important de se rappeler que la pression disponible l entr e de la pompe est ce qui reste apr s le d compte des pertes par friction, des pertes dues la vitesse et des pertes aux entr es et sorties du syst me de pompage. Durant la d termination, il est indispensable de calculer toutes les pertes par friction, les pertes d entr e et sortie et les pertes du processus g n r es dans les canalisations pour d finir la pression d aspiration disponible la pompe.

10 Malheureusement, quand la pompe est install e nous subissons la pression nette disponible la pompe. NET POSITIVE SUCTION HEAD available Le NPSHa n a rien voir avec la pompe, c est un syst me de la valeur sp cifique. C est la pression disponible l extr mit de la canalisation pour la connexion de la pompe et est compl tement ind pendant de la pompe qui va y tre install e. C est en fait la diff rence entre la pression l entr e de la bride de la pompe et la pression de vapeur de cette installation et doit tre d termin e au dimensionnement de la pompe en tenant compte des param tres d aspiration de l ensemble. Le NPSHa est sp cifique au site en question et est d termin par le dimensionnement du syst me. Il est important de noter que la pression disponible l entr e de la pompe est ce qui reste apr s soustraction de toutes les pertes d crites plus haut.