Comment les pompes AODD peuvent gérer une viscosité élevée

Une question fréquemment posée par les utilisateurs de pompes pneumatiques à double membrane (AODD) est la suivante : "Quelle est la viscosité maximale d'un fluide de procédé pouvant être transféré par une pompe AODD ?" En vérité, la réponse a peu à voir avec la pompe sélectionnée et beaucoup à voir avec le système de tuyauterie auquel la pompe est connectée. Les utilisateurs l'oublient souvent, car la plupart des applications AODD sont des applications de transfert avec un fluide de viscosité relativement faible. Bien qu'une discussion complète sur des méthodes plus précises d'évaluation des systèmes de pompe dépasse le cadre de cet article, les utilisateurs de pompes peuvent utiliser les techniques suivantes pour estimer les facteurs qui ont un impact sur les débits dans les systèmes AODD avec des fluides à haute viscosité.

Considérez le système de transfert de fluide simple suivant dans lequel l'utilisateur souhaite transférer 20 gallons par minute (gpm) à l'aide d'un AODD de 1 pouce. Pour déterminer si une candidature est possible, il faut répondre à trois questions :

Une réponse approximative à cette question peut être trouvée en comparant la cote de levage à sec de la pompe à la perte de la conduite d'aspiration. En d'autres termes, la capacité de levage à sec de la pompe dépasse-t-elle la perte de la conduite d'aspiration au débit souhaité ?

Lors de l'examen des applications AODD, il est avantageux de considérer le TDH en termes de livres par pouce carré (psi) plutôt qu'en pieds d'eau (ft-H20) pour la simple raison que la source d'énergie des AODD est l'air comprimé. Si la pression d'entrée d'air dépasse la TDH du système, le fluide peut être transféré dans le système de pompe. Pour la longévité de la pompe, les utilisateurs d'AODD doivent s'efforcer de concevoir des systèmes qui fonctionnent dans le milieu de gamme des capacités de la pompe. Pas plus de 60 psi de TDH est un objectif de conception raisonnable pour la plupart des systèmes de transfert.

La plupart des fabricants publient des courbes de correction de viscosité. Les courbes, en effet, résument les pertes par frottement qui se produisent lors du passage d'un fluide visqueux à travers la pompe.

Pour déterminer si la pompe peut aspirer le fluide de procédé, il est nécessaire de calculer la perte de ligne d'aspiration pour le débit souhaité.

Une discussion sur les mathématiques de la perte de ligne d'aspiration est trop approfondie pour cet article. Cependant, le diamètre du tuyau et le débit ont un impact considérable sur la perte de ligne. Il n'est pas rare d'augmenter le diamètre de la conduite d'aspiration pour pallier la perte de la conduite d'aspiration. Considérez les résultats suivants pour les calculs de perte de ligne d'aspiration dans l'exemple de système de la figure 1.

Un AODD typique de 1 pouce peut avoir des capacités de levage à sec de 15 pieds-H20 ou 6,5 psi. Concrètement, cela signifie que la pompe ne peut pas fonctionner dans des systèmes où la perte de la conduite d'aspiration dépasse 6,5 psi. L'utilisation d'une conduite d'aspiration de 1 pouce comme illustré à la figure 1 entraîne une perte de conduite d'aspiration qui dépasse les capacités de la pompe. Pour atteindre le débit souhaité de 20 gpm, le diamètre de la conduite d'aspiration doit être augmenté à 2 pouces. Cette augmentation réduit la perte de la ligne d'aspiration de 34 psi à 2 psi, bien dans les capacités de fonctionnement de la pompe AODD.

Pour calculer le TDH de l'ensemble du système, il faut déterminer à la fois la charge statique totale et la perte de ligne de frottement de décharge. Voir l'exemple de système dans le tableau 1.

La perte de ligne par friction due à une ligne de 1 pouce dépasse la pression de fonctionnement maximale de la plupart des pompes AODD (120 psi). Il devient nécessaire d'augmenter le diamètre de la ligne de refoulement pour réduire les pertes à un niveau dans la plage de la pompe AODD.

L'augmentation du diamètre de la conduite de refoulement de 1 pouce à 1-1/2 pouce réduit la perte de la conduite de refoulement de 135 psi à 24 psi, un niveau confortable pour les pompes AODD.

Dans l'exemple de système, la charge statique est un calcul simple (10 pi-H20 à 15 pi-H20) x 1,2 SG, ou 6 pi-H20. Exprimée en psi, la charge statique totale est d'environ -2,6 psi. Par conséquent, le TDH du système est de 31 psi, soit la somme de la charge statique et des pertes de tuyau par frottement.

La dernière étape de l'approximation grossière consiste à considérer les pertes en ligne lorsque le fluide de procédé se déplace dans la pompe. Les fabricants d'AODD publient généralement des courbes de pompe pour l'eau. Les courbes de correction de viscosité réduisent la capacité de la pompe pour les fluides de procédé avec des viscosités plus élevées. Pour l'exemple de système, le tableau du fabricant indique qu'avec 1 500 cps, la pompe fonctionnera à 88 % de sa capacité publiée. À la lecture des courbes publiées par le fabricant, il faut donc lire 20 gpm à 23 gpm (20 gpm/0,88).

En se référant à l'exemple de système ajusté, deux modifications ont été apportées : le diamètre de la conduite d'aspiration a été augmenté à 2 pouces et le diamètre de la conduite de refoulement a été augmenté à 1,5 pouce. Enfin, nous devons déterminer la pression d'entrée d'air de l'AODD.

La figure 2 est un exemple typique d'une courbe de pompe publiée par un fabricant d'AODD. L'axe horizontal représente généralement le débit en gpm ou en litres par minute (lpm), et l'axe vertical représente généralement à la fois la pression du système et la pression de fonctionnement de l'air.

Dans la figure 2, les lignes rouges représentent la consommation d'air en pieds cubes standard par minute (SCFM) et les lignes bleues représentent la pression d'entrée d'air en psi. La lecture de la courbe de notre système d'échantillonnage (23 gpm et 31 psi TDH) montre que la pression d'entrée d'air doit être réglée à environ 55 psi et que la pompe consommera 22 SCFM d'air pendant son fonctionnement. Il est important de noter que le dépassement de la pression d'air requise de 55 psi peut entraîner une cavitation car les pertes de la conduite d'aspiration peuvent dépasser les capacités de la pompe.

Dans cette analyse de système simplifiée, de nombreux facteurs importants ont été ignorés. Cependant, cet exemple démontre l'impact des facteurs système sur la capacité d'une pompe AODD à traiter des fluides visqueux.

La viscosité et le diamètre du tuyau jouent un rôle important dans la perte de la conduite d'aspiration et doivent être pris en compte lors de l'évaluation. Les capacités du système sont limitées par les capacités de hauteur d'aspiration de la pompe et la pression d'entrée d'air.

Paul McGarry travaille chez All-Flo Pump Co. Il peut être contacté à [email protected]. Pour plus d'informations, visitez all-flo.com.