Les systèmes de pompage sont des dispositifs qui entrent en jeu pour transporter l'eau, les effluents ou les fluides chimiques d'un point à un autre et qui fonctionnent sous charge continue. La véritable force motrice de ce système est le moteur électrique. Lorsque la classe de puissance, la vitesse et le niveau de rendement du moteur sont correctement choisis, la pompe absorbe moins d'énergie, tourne plus silencieusement et les intervalles entre pannes s'allongent nettement. Ci-dessous, nous traitons en détail les bases techniques du choix du moteur pour l'entraînement de pompe, les conditions de fonctionnement et les points à surveiller.

Le rôle du moteur dans l'entraînement de pompe

Sur une pompe centrifuge, la puissance à l'arbre dépend du produit du débit refoulé par la hauteur de refoulement et de l'inverse du rendement de la pompe. Lorsque le moteur n'est pas choisi à la mesure de cette puissance à l'arbre, soit le système ne peut fournir le débit souhaité, soit le moteur se surcharge et s'échauffe. À l'inverse, un moteur choisi plus grand que nécessaire fonctionne à faible charge avec un facteur de puissance dégradé et son rendement baisse. C'est pourquoi la puissance du moteur est déterminée selon le point de fonctionnement réel sur la courbe de la pompe ; on retient non pas la valeur maximale du catalogue, mais le point dont le système a effectivement besoin.

Choix de la vitesse et nombre de pôles

La grande majorité des pompes sont du type centrifuge, performant à vitesse élevée ; c'est pourquoi les moteurs à 2 pôles (3000 tr/min à 50 Hz) et à 4 pôles (1500 tr/min) sont les choix les plus fréquents dans les applications de pompage. Tandis que le 2 pôles est privilégié sur les surpresseurs et les lignes haute pression nécessitant une grande hauteur de refoulement, le 4 pôles se distingue sur les lignes d'irrigation et de circulation où l'on recherche un débit plus important et un fonctionnement silencieux. La vitesse réelle à l'arbre reste, par nature de la structure asynchrone, légèrement inférieure à ces valeurs synchrones, à hauteur du glissement.

  • 2 pôles / 3000 tr/min : surpresseur, eau propre haute pression, mise en pression

  • 4 pôles / 1500 tr/min : circulation, irrigation, transfert d'eau à usage général

  • 6 pôles / 1000 tr/min : couple élevé, applications de pompage spécifiques à faible vitesse

La facture énergétique annuelle du moteur de pompe

Les moteurs de pompe fonctionnent la plus grande partie de l'année, souvent plus de 16 heures par jour. Cette continuité rend la classe de rendement plus importante que le prix d'achat. Selon la norme IEC 60034-30-1, les moteurs de classe IE3 (Premium) et IE4 (Super Premium) accomplissent le même travail avec moins de pertes que les moteurs IE1 et IE2. Par exemple, sur un moteur de 11 kW, l'écart de rendement d'environ deux points entre IE2 et IE3 représente, sur une pompe à fonctionnement continu, une économie annuelle de quelques milliers de kilowattheures, et l'écart de prix est généralement récupéré en quelques années d'exploitation. Les moteurs électriques IE3 constituent pour cette raison l'option prioritaire sur les lignes de pompage à long fonctionnement.

Projections d'eau dans le local des pompes

Les locaux de pompes sont des environnements humides, poussiéreux et parfois exposés aux projections d'eau. Dans ces conditions, on privilégie un indice de protection au minimum IP55, c'est-à-dire un carter protégé contre la poussière et résistant aux projections d'eau venant de toutes les directions. Pour l'isolation du bobinage, on utilise couramment une isolation de classe F (155 °C) ; cette classe assure une marge de résistance thermique lorsque la température ambiante s'élève et que le moteur travaille longtemps à pleine charge. Sur les pompes spéciales de type immergé et à rotor noyé, des indices de protection plus élevés entrent en jeu.

Régime de fonctionnement et refroidissement

L'entraînement de pompe est une application typique de fonctionnement continu S1 ; le moteur tourne des heures sous charge constante et atteint l'équilibre thermique. Dans ce régime, le refroidissement de surface assuré par les ailettes du carter et le ventilateur en bout d'arbre maintient la chaleur du moteur en équilibre. Sur les systèmes de mise en pression qui s'arrêtent et démarrent fréquemment, le courant de démarrage et la fatigue thermique sont pris en compte et, si nécessaire, le démarrage est adouci par un démarreur progressif ou un variateur de fréquence.

Type de raccordement et montage

La forme de la liaison mécanique entre la pompe et le moteur détermine le type de montage du carter. Alors que les moteurs à pattes (B3) sont raccordés à des pompes séparées via un accouplement, les carters à bride (B5) et à combinaison pattes-bride (B14) sont boulonnés directement au corps de pompe sur les pompes monobloc. Le choix de la bride et de la dimension d'arbre correctes est critique pour la durée de vie de la garniture et les vibrations ; un défaut d'alignement des axes détériore avec le temps le roulement et la garniture mécanique.

Appariement du moteur selon le type de pompe

Chaque type de pompe attend un caractère différent du moteur d'entraînement. Sur les pompes centrifuges, la charge augmentant proportionnellement au cube de la vitesse, des moteurs à vitesse élevée et performants conviennent ; sur ces pompes, abaisser la vitesse avec un variateur de fréquence réduit sensiblement la consommation d'énergie. Sur les pompes immergées et de forage profond, le moteur doit être d'une construction spéciale apte à fonctionner sous l'eau, la dissipation de la chaleur étant assurée par le liquide environnant. Sur les pompes volumétriques (à vis, à engrenages, à piston), le couple est en revanche quasiment constant tout au long de la rotation ; pour ces charges, on choisit des moteurs offrant un couple de démarrage élevé et résistants à la surcharge. Le bon appariement se fait en évaluant conjointement les courbes de fonctionnement données dans le catalogue de la pompe et dans celui du moteur.

Cavitation, coup de bélier et charge du moteur

Dans un système de pompage, ce n'est pas seulement le moteur mais aussi les conditions hydrauliques qui influent sur la durée de vie du moteur. La cavitation, qui apparaît lorsque la pression chute excessivement du côté aspiration, crée des vibrations et du bruit dans la pompe ; ces vibrations, transmises par l'arbre aux roulements, usent également le moteur. Le coup de bélier qui survient lors de la fermeture brusque des vannes impose quant à lui une charge de choc sur l'arbre. Un dimensionnement correct de la conduite d'aspiration du système, une ouverture et une fermeture progressives des vannes et, au besoin, l'emploi d'un démarreur progressif protègent le moteur sur les plans hydraulique et électrique et préviennent les arrêts imprévus.

Contrôle du débit par variateur de fréquence

Sur les lignes de pompage, régler le débit en fermant une vanne gaspille de l'énergie, car cela place une résistance artificielle devant l'eau. Il est bien plus efficace d'alimenter le moteur par un variateur de fréquence et d'abaisser la vitesse ; car sur une pompe centrifuge, la puissance diminue proportionnellement au cube de la vitesse. Autrement dit, abaisser le débit de seulement vingt pour cent apporte une économie bien plus importante sur la puissance. Sur les lignes de mise en pression, de circulation et d'irrigation à besoin de débit variable, le variateur de fréquence protège le moteur en assurant un démarrage en douceur et fait baisser sensiblement la dépense énergétique annuelle. Dans cette solution, on prend en considération le fait que le moteur dispose d'une isolation compatible avec le variateur et, si nécessaire, l'emploi de roulements isolés.

L'approvisionnement en moteurs de pompe de DRG

Chez DRG Motor, nous fournissons pour les systèmes de pompage des moteurs asynchrones triphasés dans une large plage de puissance allant de 0,55 kW à 355 kW, depuis notre stock basé à İzmir. Pour les pompes à eau, les unités d'eaux usées et de traitement, les groupes de surpression et les lignes de transfert chimique, nous proposons ensemble des modèles au nombre de pôles, à la classe de rendement et au type de raccordement adaptés. Lorsque vous partagez les informations de débit, de hauteur de refoulement et de durée de fonctionnement quotidienne de votre application, nous pouvons déterminer ensemble le moteur qui correspond exactement à votre besoin, sans le surdimensionner ni le sous-dimensionner. Un moteur de pompe correctement choisi procure un confort d'exploitation qui va bien au-delà de l'investissement initial ; vous pouvez accéder à l'ensemble de notre famille de produits via DRG Motor.