Comment calculer la hauteur manométrique totale d'une pompe submersible pour puits profond

Lors du choix d'une pompe submersible pour puits profond, une question fréquente est : quelle hauteur manométrique est nécessaire ? Nombreux sont ceux qui se basent sur la profondeur totale du puits pour calculer cette hauteur manométrique. Par exemple, pour un puits de 150 mètres de profondeur, ils recherchent une pompe avec une hauteur manométrique de 150 mètres. Or, dans la plupart des installations, ce calcul est erroné.

La pompe n'a généralement pas besoin de puiser l'eau à sa propre profondeur d'installation. Ce qui importe, c'est le niveau d'eau pendant le fonctionnement de la pompe, la destination de l'eau, la pression requise à destination et les pertes de charge dans la canalisation. Une fois ces valeurs connues, le calcul de la hauteur manométrique nécessaire devient beaucoup plus simple. Si vous êtes encore en train de définir les spécifications complètes de votre pompe, notre Guide d'achat des pompes submersibles pour puits profonds explique les autres facteurs qui doivent être vérifiés en même temps que le débit et la hauteur manométrique.

1. Que signifie réellement « tête de pompe » ?

La hauteur manométrique d'une pompe décrit l'énergie qu'elle fournit à l'eau et s'exprime généralement en mètres ou en pieds de liquide. Il ne faut pas la confondre avec la profondeur physique de la pompe. Une pompe de puits profond peut être installée à 120 mètres sous terre, mais si le niveau d'eau à pomper n'est qu'à 50 mètres sous terre, la pompe ne doit pas nécessairement surmonter une hauteur de refoulement de 120 mètres. L'eau entourant la pompe immergée exerce déjà une pression à l'aspiration de celle-ci. Ainsi, pour un système de puits ouvert classique, le calcul de la hauteur manométrique part du niveau d'eau à pomper et non de la pompe elle-même. Cette distinction est importante lors du choix d'une pompe. Pompe submersible pour puits QJ , car le choix de la pompe en fonction de la profondeur d'installation peut entraîner une hauteur manométrique nettement supérieure aux besoins réels du système.

Pour la plupart des applications d'alimentation en eau par puits profonds, la hauteur manométrique totale (HMT) requise peut être comprise grâce à une relation simple :

Hauteur manométrique totale = Hauteur d'élévation verticale + Pression de sortie requise + Pertes de charge par frottement dans la conduite

Chaque élément représente une résistance réelle que la pompe doit surmonter pour assurer le débit requis.

2. Commencez par le niveau d'eau de pompage, et non par la profondeur totale du puits.

Avant de calculer la hauteur manométrique, il est important de connaître la différence entre la profondeur totale du puits, le niveau d'eau statique, le niveau d'eau de pompage et la profondeur d'installation de la pompe. La profondeur totale du puits indique sa profondeur maximale. Le niveau d'eau statique correspond au niveau d'eau lorsque la pompe est arrêtée et que le puits a retrouvé son niveau initial. Le niveau d'eau de pompage est le niveau d'eau minimal atteint lorsque la pompe fonctionne à un débit donné. La profondeur d'installation de la pompe indique sa position physique à l'intérieur du puits.

Pour le calcul de la hauteur manométrique, le niveau d'eau de pompage constitue généralement le point de départ essentiel. Prenons l'exemple d'un puits de 150 mètres de profondeur où le niveau d'eau statique se situe à 35 mètres sous la surface. Ce niveau descend à 55 mètres pendant le pompage, et la pompe est installée à 90 mètres. Si l'eau est refoulée jusqu'au niveau du sol, la hauteur de refoulement de base est d'environ 55 mètres, et non de 90 ou 150 mètres. La profondeur supplémentaire sous le niveau d'eau de pompage sert principalement à maintenir la pompe immergée et ne se traduit pas directement par une hauteur manométrique additionnelle. Les résultats des essais de pompage sont donc bien plus pertinents pour le choix de la pompe que la seule profondeur totale du puits.

3. Ajouter l'altitude entre le puits et le point de livraison final

L'étape suivante consiste à examiner le parcours de l'eau après sa sortie du puits. Si le niveau d'eau pompée se situe à 55 mètres sous la surface et que l'eau est rejetée dans un réservoir de stockage ouvert situé 15 mètres au-dessus de la tête de puits, la hauteur de refoulement statique totale est d'environ 70 mètres. Si le réservoir final se trouve en contrebas de la tête de puits, cette différence d'altitude réduit la hauteur de refoulement statique. C'est pourquoi, pour un site présentant une même profondeur de puits, une pompe très différente peut être nécessaire en fonction du terrain et de l'emplacement du réservoir de réception ou du réseau de distribution.

Ce point revêt une importance particulière pour l'irrigation agricole, l'approvisionnement en eau des versants et les projets de transfert d'eau sur de longues distances. Un puits peut ne pas être très profond, mais si l'eau doit être acheminée vers un réservoir en altitude, la hauteur de refoulement requise peut être importante. Inversement, un forage très profond ne nécessite pas automatiquement une pompe à très haute pression si le niveau d'eau dynamique reste relativement proche de la surface. C'est pourquoi, Pompes submersibles pour forage destinées à l'irrigation et à l'approvisionnement en eau Le choix de la profondeur de forage doit toujours se faire en fonction de l'altitude réelle d'exploitation et non de la seule profondeur du forage.

4. Ajouter la pression requise à la sortie

Tous les systèmes ne se contentent pas de déverser l'eau dans un réservoir ouvert. Les arroseurs d'irrigation, les réservoirs sous pression, les équipements industriels, les systèmes de filtration et les réseaux d'adduction d'eau nécessitent souvent le maintien d'une pression après que l'eau a atteint la surface. Cette pression doit également être produite par la pompe et doit donc être prise en compte dans la hauteur manométrique totale.

Pour l'eau potable, 1 bar correspond approximativement à une hauteur manométrique de 10,2 mètres. Ainsi, un système nécessitant 2 bars à la sortie finale requiert une hauteur manométrique supplémentaire d'environ 20,4 mètres, tandis qu'un système à 3 bars en requiert environ 30,6 mètres. Si une pompe alimente un réservoir atmosphérique ouvert, la hauteur manométrique supplémentaire requise à l'entrée du réservoir peut être négligeable, voire nulle. En revanche, si cette même pompe alimente un système d'arrosage automatique nécessitant 3 bars, ces 30,6 mètres supplémentaires ne peuvent être ignorés. C'est pourquoi deux projets utilisant des puits identiques peuvent nécessiter des pompes différentes, même si leurs débits requis sont les mêmes.

5. N'oubliez pas les pertes de charge par frottement dans les tuyaux.

L'eau subit une perte de pression lorsqu'elle circule dans une canalisation. Cette perte dépend principalement du débit, du diamètre intérieur et de la longueur totale de la canalisation, de sa rugosité et des vannes et raccords installés. Les longues canalisations, les petits diamètres et les vitesses d'écoulement élevées augmentent généralement les pertes de charge. Les coudes, les clapets anti-retour, les filtres, les débitmètres et les vannes de régulation ajoutent également de la résistance.

Les pertes de charge par frottement sont parfois sous-estimées car la hauteur manométrique est plus facile à visualiser sur un plan. Sur une courte canalisation, la différence peut être minime, mais sur un projet d'irrigation ou d'adduction d'eau sur une longue distance, elle peut représenter une part importante de la hauteur manométrique totale de la pompe. Un tuyau de refoulement de plus petit diamètre peut réduire le coût initial de la canalisation, mais les frottements plus importants peuvent contraindre la pompe à fonctionner à une hauteur manométrique plus élevée et à consommer davantage d'énergie tout au long de sa durée de vie. Les pertes de charge dans les canalisations peuvent être calculées à l'aide de méthodes hydrauliques éprouvées telles que la formule de Darcy-Weisbach, ou avec des tables de frottement et des logiciels d'ingénierie, en utilisant le débit réel, le matériau du tuyau et son diamètre intérieur. Il est essentiel que les pertes soient calculées au débit nominal , car les frottements varient en fonction du débit. Les recommandations de dimensionnement des pompes de Grundfos intègrent également les pertes de charge dans les tuyaux et les raccords dans la hauteur manométrique totale.

6. Exemple simple de calcul de la hauteur manométrique d'une pompe pour puits profond

Prenons l'exemple d'un projet d'exploitation des eaux souterraines où le niveau de pompage se situe à 55 mètres sous la surface et où l'eau doit être acheminée vers un système de stockage et d'irrigation situé 15 mètres au-dessus de la tête de puits. L'équipement d'irrigation nécessite une pression de 2,5 bars, et la perte de charge calculée à travers la conduite montante, la canalisation horizontale, les vannes et les raccords est de 9 mètres.

Le calcul est le suivant :

Dénivelé vertical = 55 + 15 = 70 m

Pression requise = 2,5 × 10,2 ≈ 25,5 m

Perte de charge dans la canalisation = 9 m

Donc:

Hauteur manométrique totale = 70 + 25,5 + 9 = 104,5 m

Si le système requiert un débit de 100 m³/h, le point de fonctionnement optimal est donc d'environ 100 m³/h pour une hauteur manométrique de 105 m. Il ne s'agit pas ensuite de rechercher dans le catalogue une pompe avec une « hauteur manométrique maximale de 105 m ». La courbe de performance doit plutôt indiquer que la pompe peut effectivement fournir environ 100 m³/h tout en produisant une hauteur manométrique d'environ 105 mètres. Le choix d'une pompe repose toujours sur une combinaison de débit et de hauteur manométrique, et non uniquement sur la hauteur manométrique. Grundfos et Xylem préconisent tous deux de choisir une pompe en fonction de la hauteur manométrique requise par le système et du point de fonctionnement qui en résulte, plutôt que de se baser uniquement sur les valeurs de hauteur manométrique maximale.

7. Pourquoi Maximum Head n'est pas le casque que vous devriez acheter

Un catalogue de pompes peut indiquer une plage de hauteur manométrique ou une hauteur manométrique maximale, mais cette valeur ne doit pas être considérée comme la hauteur manométrique de fonctionnement normale de la pompe. La hauteur manométrique d'une pompe centrifuge varie en fonction du débit. À l'arrêt ou à proximité, la pompe peut atteindre sa hauteur manométrique maximale tout en fournissant un débit utile quasi nul. À mesure que le débit augmente, la hauteur manométrique disponible évolue généralement selon la courbe caractéristique de la pompe. Un acheteur ayant besoin d'un débit de 100 m³/h à une hauteur manométrique de 105 mètres ne peut pas simplement choisir une pompe dont le catalogue indique une « hauteur manométrique maximale de 105 mètres », car à ce débit, la pompe peut produire une hauteur manométrique bien inférieure à 105 mètres.

C’est pourquoi un devis complet doit inclure une courbe de performance avec le point de fonctionnement proposé clairement indiqué. La courbe permet à l’acheteur de vérifier si le débit et la hauteur manométrique requis se situent dans une plage de fonctionnement appropriée. gamme de pompes submersibles comprend des pompes conçues pour différentes combinaisons de débit et de hauteur manométrique, tandis que Pompes de puits profonds QJH en acier inoxydable Ces modèles sont disponibles pour les applications où les conditions de l'eau ou les spécifications du projet exigent une construction en acier inoxydable. Le choix du matériau ou de la taille du moteur doit être effectué après la détermination du point de fonctionnement hydraulique, et non s'y substituer.

8. Calculer les conditions de fonctionnement normales et difficiles

Un calcul précis de la hauteur manométrique ne doit pas toujours reposer sur un niveau d'eau fixe. Le niveau des nappes phréatiques peut varier pendant le pompage et selon les saisons. L'état des canalisations peut évoluer avec l'ouverture et la fermeture des vannes, et la résistance d'un filtre peut augmenter avec l'encrassement. Pour un système d'adduction d'eau important, il est donc essentiel de connaître à la fois les conditions de fonctionnement normales et les conditions plus exigeantes auxquelles la pompe peut être soumise.

Par exemple, si le niveau d'eau pompé est normalement de 50 mètres sous terre, mais peut descendre à 65 mètres pendant la saison sèche, le système nécessitera une hauteur manométrique supplémentaire d'environ 15 mètres durant cette période. Cela ne signifie pas pour autant qu'il faille ajouter systématiquement une marge de sécurité arbitraire à chaque pompe. Le surdimensionnement engendre également des problèmes. Il convient plutôt de discuter de la plage de fonctionnement prévue avec le fournisseur de la pompe et de la comparer à la courbe de performance. Pour les projets impliquant des variations de demande ou de pression, un système de régulation à vitesse variable peut également être envisagé. solution de pompage pour l'approvisionnement en eau et l'irrigation .

Quelles informations devez-vous envoyer au fournisseur de pompes ?

Pour qu'un fournisseur calcule précisément la hauteur manométrique, les informations les plus utiles sont le débit requis, les niveaux d'eau statique et de pompage, l'altitude du point de refoulement final, la pression de sortie requise, la longueur de la canalisation, son diamètre intérieur, son matériau et les principales vannes ou raccords présents sur la conduite. Un croquis simple du site est souvent très utile. Si le niveau d'eau de pompage est inconnu, il est préférable d'indiquer qu'il n'a pas encore été mesuré plutôt que d'utiliser la profondeur totale du puits comme approximation.

Une fois ces valeurs disponibles, le fournisseur peut calculer ou vérifier la hauteur manométrique du système et sélectionner une courbe de pompe adaptée au point de fonctionnement requis. Cela réduit considérablement le risque d'acheter une pompe qui débite trop peu d'eau, génère une pression excessive ou une consommation d'énergie inutile.

Conclusion

Le calcul de la hauteur manométrique d'une pompe submersible pour puits profond est beaucoup plus simple une fois les différentes profondeurs correctement prises en compte. La profondeur totale du puits et la profondeur d'installation de la pompe sont importantes pour l'installation, mais ne correspondent pas automatiquement à la hauteur manométrique. Pour la plupart des systèmes d'alimentation en eau conventionnels par puits profond, le calcul doit commencer par le niveau d'eau pompé, puis inclure la hauteur jusqu'au point de refoulement, la pression requise par le système et les pertes de charge dans la canalisation.

Concrètement :

Hauteur manométrique totale = Hauteur de levage verticale + Pression requise + Pertes de charge dues au frottement dans la conduite

Une fois la hauteur manométrique totale calculée, il convient de la combiner au débit requis et de la comparer à la courbe de performance de la pompe. C’est ce point de fonctionnement optimal – et non la hauteur manométrique maximale, la puissance du moteur ou la profondeur du puits – qui doit guider le choix final de la pompe.

Si vous choisissez une pompe pour puits profond et que vous n'êtes pas certain de la hauteur manométrique requise, veuillez indiquer le niveau d'eau à pomper, le débit nécessaire, la hauteur de refoulement, la pression de sortie et les informations relatives à la canalisation. Ces valeurs permettront de calculer le point de fonctionnement avant de choisir le modèle de pompe.