HM380 Cavitation dans les pompes - Matériel didactique - Matériel de formation professionnelle - Matériel de laboratoire de mécanique des fluides

1. Présentation du produit
1.1 Introduction à la cavitation
La cavitation dans les pompes à eau désigne le phénomène par lequel les bulles présentes dans la zone de basse pression du système d'écoulement de la pompe sont comprimées et implosent rapidement lorsque l'eau atteint la zone de haute pression. Ce phénomène entraîne une dégradation des performances hydrauliques et l'endommagement des composants du système.
Lorsque la marge de cavitation effective de la pompe est inférieure à la marge de cavitation nécessaire et que la pression partielle dans la pompe chute à la pression de vapeur saturante à la température du liquide, les impuretés, les fines particules solides ou les noyaux de gaz présents à l'interface liquide-solide (dans l'espace entre les surfaces de contact) se développent rapidement en bulles de cavitation. Ces bulles atteignent la zone de haute pression avec le flux d'eau et implosent rapidement sous l'effet de la compression du liquide environnant. Dans la zone d'effondrement par cavitation, la surface métallique est soumise à une force de coup de bélier dont la fréquence peut atteindre des dizaines de milliers de fois par seconde. Cette force, appliquée sur une très petite surface, peut engendrer une contrainte de plusieurs milliers de bars. L'application fréquente d'une telle contrainte provoque une déformation plastique et un durcissement de la couche superficielle du métal, entraînant une fatigue locale et des microfissures, ce qui favorise le développement de la cavitation. Les composants métalliques se brisent et se détachent. La cavitation peut se produire à l'avant et à l'arrière des pales de la roue, ou entre le bord extérieur de la roue et la paroi de la chambre de pompage. Généralement, la cavitation des pompes à eau réduit le débit, la hauteur manométrique, la puissance et le rendement de la pompe, provoquant des vibrations et du bruit, réduisant ainsi la durée de vie de l'équipement et affectant la sécurité. Le problème est plus grave pour les pompes puisant l'eau dans des cours d'eau à forte teneur en sable.
1.2 Causes de la cavitation des pompes à eau :
Lorsque la pression d'entrée de la pompe est inférieure à la pression de vapeur saturante à cette température, le liquide se vaporise. Simultanément, le gaz dissous dans le liquide peut s'échapper, formant une multitude de petites bulles de vapeur qui suivent le mouvement du liquide. Lorsque le liquide pénètre dans le canal d'écoulement de la roue, la pression générée par la rotation de celle-ci dépasse la pression de vapeur saturante. Ces bulles se recondensatent alors et disparaissent, formant une cavité. Le liquide environnant se précipite alors à grande vitesse vers cette cavité, et les particules entrent en collision, créant un coup de bélier local qui porte la pression locale à plusieurs centaines d'atmosphères. Plus la bulle est grosse, plus le coup de bélier local est violent lors de sa condensation et de son extinction. La fréquence de ces impacts hydrauliques est très élevée, pouvant atteindre 2 500 oscillations par seconde, et l'impact violent sur la surface de la roue provoque une corrosion mécanique. Ce phénomène complexe de vaporisation, de condensation, d'impact et d'érosion du métal par le liquide est appelé cavitation.

1.3 Dommages dus à la cavitation
Lorsque les bulles de vapeur éclatent, les particules de liquide entrent en collision, générant du bruit. En cas de cavitation importante, des vibrations apparaissent. Le débit, la hauteur de refoulement et le rendement sont alors considérablement réduits, et un phénomène de « vidange » se produit. Parallèlement, la roue s'amincit sous l'effet de l'érosion par cavitation, pouvant même perforer les aubes et le couvercle. La cavitation entraîne une baisse des performances de la pompe, un fonctionnement instable, la fatigue et l'érosion des matériaux métalliques de surface, ainsi qu'une augmentation du bruit et des vibrations. Il est donc essentiel d'analyser, d'étudier et de surveiller la cavitation des pompes à eau lors de leur conception et de leur exploitation, et de prendre des mesures de protection efficaces en temps opportun.
1.4 Présentation du produit
Ce produit permet de mettre en évidence l'effet de la cavitation sur la roue d'une pompe centrifuge. Le corps de pompe et les tuyaux d'aspiration sont en plastique transparent afin d'observer le processus de cavitation. Une photographie prise avec un temps d'exposition court (flash) permet de capturer une image nette des bulles. Les vannes d'entrée et de sortie de la pompe permettent de régler le débit et la pression. La pression à l'entrée et à la sortie est affichée sur deux manomètres. Le réservoir d'eau est équipé d'un système de chauffage et la température de l'eau est réglable. La température, le débit et la vitesse de la pompe dans le réservoir sont également affichés. L'eau est refroidie par le système de distribution.
2. Caractéristiques techniques
Dimensions (L x l x H) : 1000 x 630 x 590 mm
Poids : < 70 kg
Tension : 220 V CA, 50 Hz
Pompe à eau : puissance 370 W, débit 3 m³/h, hauteur de refoulement : 14 m
Capacité du réservoir : 20 L
Pression (entrée) : -1 à 0 bar
Pression (sortie) : 0 à 1,5 bar
Température : 0 à 60 °C