Pompes centrifuges : tout savoir sur les réservoirs à expansion

Le réservoir d’expansion joue un rôle important dans le bon fonctionnement d’une pompe centrifuge. Louis-François Gagnon, ingénieur mécanique possédant 20 ans d’expérience en conception, diagnostic et démarrage de systèmes de pompage, de réseaux d’eau et d’efficacité énergétique, vous explique l’utilité ainsi que les conditions d’installation optimales de cette pièce maîtresse.

Pourquoi utiliser un réservoir d’expansion ?

Le réservoir d’expansion est normalement utilisé pour contrôler la pression d’un réseau fermé pour éviter une surpression du système ou, au contraire, une sous-pression créant ainsi une vaporisation du liquide caloporteur (souvent de l’eau ou un mélange d’eau et de glycol). Le réservoir d’expansion est dimensionné pour prendre les fluctuations du volume du liquide caloporteur causées par les changements de température d’un réseau. Les changements peuvent être importants au démarrage ou à l’arrêt d’un réseau de chauffage ou de refroidissement.

Comment bien pressuriser et connecter un réservoir d’expansion ?

Contrairement à plusieurs informations disponibles concernant les réservoirs d’expansion de type pressurisé, il serait peut-être avantageux d’installer le réservoir d’expansion à un autre endroit qu’à la succion des pompes. De plus, habituellement, les manufacturiers livrent les réservoirs d’expansion avec une pression de précharge d’air à 12 PSIG. Saviez-vous que cette pression ne convient probablement pas à votre application ?      

Comment bien choisir l’emplacement d’un réservoir d’expansion ?

Pour avoir un réservoir le plus petit possible, il devrait être localisé au point de pression le plus bas (PPB) en opération. Souvent, le point le plus haut du réseau sera l’endroit où la pression sera la plus basse. Cela dit, il n’est pas toujours pratique d’installer un réservoir d’expansion au point le plus haut du réseau. Conséquemment, la majorité des réservoirs d’expansion sont installés dans la salle mécanique avec les pompes pour faciliter l’accès et l’entretien. Dans ce cas, le point de pression le plus bas de la salle mécanique sera proche de la succion des pompes.  

Comment déterminer la pression initiale d’un réservoir d’expansion ?

La pressurisation minimale couramment recommandée est de 4 PSIG plus 25 % de la pression de saturation de vapeur lorsque cette pression dépasse la pression atmosphériqueCette pression minimale n’assurera aucune vaporisation du liquide et permettra de bien purger l’air du réseau au démarrage. 

Après avoir déterminé la pression minimale du réseau au PPB, la pression initiale du réservoir d’expansion doit aussi considérer la différence de pression statique entre l’emplacement du réservoir et le point le plus haut du réseau. Idéalement, une simulation hydraulique devrait être complétée pour assurer que la pression minimale est bien respectée lorsque les pompes sont en opération et à l’arrêt sur l’ensemble du réseau.  

Comment dimensionner un réservoir d’expansion ?

Après avoir déterminé l’emplacement et la pression initiale du réservoir, la variation du volume du liquide du système doit être calculée et la pression finale doit être déterminée afin d’éviter une surpression. Pour le calcul de la variation du volume du liquide aux températures extrêmes, il est important de prendre en considération la variation du volume du liquide, mais aussi la variation thermique de la tuyauterie. La pression finale possible est déterminée en fonction de la pression de conception du réseau de tuyauterie et des équipements. 

Que faire en chantier ?

Dans un premier temps, il est important de vérifier que la tuyauterie et le réservoir d’expansion sont installés comme prévu lors de la conception. L’ajout d’un seul équipement à un étage plus haut, par exemple, pourrait causer beaucoup de problèmes ! Ensuite, la pression de précharge d’air du réservoir doit être ajustée à la pression initiale prévue. Enfin, le réseau doit être rempli à la bonne pression en prenant en considération la température du fluide caloporteur et les paramètres de conception. Si jamais vous rencontrez un des problèmes suivants, il est fort probable que le réservoir d’expansion ne soit pas bien dimensionné, localisé ou pressurisé :

  • Fluctuation de la pression au point de connexion du réservoir au démarrage des pompes
  • Bruit anormal dans la tuyauterie
  • Surpression et ouverture d’une valve de sûreté
  • Performance des pompes ne correspondant pas aux fiches techniques
  • Cavitation des pompes et des vannes de contrôle

Pour en savoir davantage, inscrivez-vous à la formation Pompes centrifuges et réseaux de tuyauterie des systèmes d’eau qui aura lieu le 26 et 17 janvier prochain. Vous y apprendrez à :

  • Comprendre le fonctionnement et le comportement d’une pompe centrifuge
  • Connaître les éléments clés à considérer lors de la conception d’un réseau d’eau
  • Maîtriser les bonnes pratiques d’installation
  • Avoir une vue d’ensemble des éléments techniques à considérer lors de la modification d’un réseau d’eau
  • Obtenir des outils de référence technique pratiques et faciles à utiliser

Ces connaissances vous mèneront à concevoir des systèmes de pompage beaucoup plus efficaces, fiables et faciles à utiliser, en plus de réduire le coût du cycle de vie de vos équipements.

 

Clotilde Morin avec Louis-François Gagnon, ing.

 

Références

1. ASHRAE Journal, Understanding Expansion Tanks, March 2003

 

 

FORMATION Pompes centrifuges et réseaux de tuyauterie des systèmes d’eau

Date : Jan. 26, 2021, 9 a.m.
Durée : 7 heures
Lieu : En ligne

La plupart des industries utilisent des pompes centrifuges pour assurer la distribution d’eau dans les différents systèmes de l’usine (procédé, refroidissement, nettoyage, etc.). En plus de répondre aux besoins réels des opérations, ces systèmes doivent être performants et offrir un maximum de stabilité. La compréhension du comportement des systèmes de pompage et réseaux d’eau permet de diagnostiquer les défauts d’opération et de réduire les coûts de maintenance. Lors de cette formation, les grands principes de fonctionnement des pompes centrifuges seront démystifiés et une analyse technique des courbes de pompes et de la courbe spécifique à chaque système sera effectuée. Le cours abordera aussi différentes problématiques liées à l’installation, au démarrage et à l’opération de systèmes de pompage d’eau et de leurs réseaux de tuyauterie.

La formation sera donnée en webinaire en deux parties de 3,5 heures le 26 et 27 janvier 2021 de 9h à 12h30.

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