Les systèmes de pompage et de ventilation sont des applications à charge variable qui représentent la plus grande part de la consommation électrique d'une installation. Dans ces systèmes, le choix du moteur ne se fait pas seulement selon la puissance, mais selon la coïncidence du point de fonctionnement du moteur avec la courbe de débit et de pression. Un moteur mal choisi soit s'échauffe en étant continuellement surchargé, soit gaspille de l'énergie en travaillant en dessous de sa capacité. Sur une ligne pompe-ventilateur correctement établie, le rendement est en revanche élevé et la durée de vie du moteur s'allonge.

Choix de la vitesse sur les pompes et les ventilateurs

Sur les pompes centrifuges et les ventilateurs, les lois de similitude (affinité) s'appliquent : le débit varie proportionnellement à la vitesse, la pression au carré de la vitesse et la puissance au cube de la vitesse. Le choix de la vitesse est donc au centre de la performance :

  • 2 pôles, 3000 tr/min : pompes haute pression et petits ventilateurs à grande vitesse.
  • 4 pôles, 1500 tr/min : transfert d'eau à usage général et applications à pression moyenne.
  • 6 pôles, 1000 tr/min : ventilateurs de ventilation de grand diamètre et à basse pression.

Le nombre de pôles correct permet le plus souvent d'atteindre le point de fonctionnement souhaité sans recourir à une poulie-courroie ni à un réglage de vitesse dissipatif ; cela réduit à la fois les pertes mécaniques et la charge de maintenance.

Rendement avec variateur de fréquence

Dans les systèmes à débit variable, plutôt que de faire tourner le moteur en permanence à pleine vitesse en étranglant une vanne ou un registre, régler la vitesse selon le besoin à l'aide d'un variateur de fréquence (VSD) procure une grande économie d'énergie. En raison de la relation cubique de la puissance, une baisse de 20 pour cent de la vitesse correspond à une diminution de puissance pouvant atteindre environ 50 pour cent. C'est là que les moteurs IE3 et IE4 montrent leur véritable valeur associés à un variateur de vitesse ; quand un moteur efficace et un variateur intelligent se rejoignent, la facture baisse nettement.

Point de fonctionnement et courbe de pompe

Le rendement d'une pompe est maximal au point de fonctionnement où la courbe du système croise la courbe de la pompe. Si le moteur n'est pas dimensionné selon ce point, un risque de cavitation ou de surcharge apparaît. C'est pourquoi le choix tient compte non seulement du débit instantané, mais de toute la plage de débit que le système parcourt au long de la journée. Du côté du ventilateur, la courbe pression-débit et la position du registre déterminent de la même façon la charge du moteur tout au long de sa vie. À mesure que le point de fonctionnement s'éloigne de la zone de rendement maximal, le moteur accomplit le même travail en appelant davantage de courant.

Couple de démarrage et caractère de la charge

Les pompes centrifuges et les ventilateurs présentent une caractéristique de couple variable dont la charge croît avec la vitesse ; ils démarrent à l'arrêt avec un couple faible et la charge augmente à mesure que la vitesse est atteinte. Cette structure permet au moteur asynchrone à cage d'écureuil de démarrer aisément, en direct ou avec un démarreur progressif. En revanche, sur les pompes volumétriques (positives), il s'agit d'un couple constant et le couple de démarrage est choisi plus élevé. Lire correctement le caractère de la charge évite que le moteur ne soit sollicité au démarrage et que le bobinage ne s'échauffe.

Portée de la plage 0,55-90 kW

Des petites pompes de circulation aux grands ventilateurs de ventilation, un large éventail entre dans cette plage de puissance. La protection IP55, l'isolation de classe F et les options de fixation B3/B5/B14 permettent d'utiliser le moteur en toute sécurité aussi bien dans les volumes humides que dans les unités de ventilation de type toiture. L'alimentation triphasée 400 V / 50 Hz est considérée comme standard ; le carter à bride B5 se monte directement sur les pompes, tandis que le carter à pattes B3 est le plus souvent utilisé sur les entraînements de ventilateurs.

Appariement du moteur avec la pompe et le ventilateur

Pour un appariement correct, il faut connaître le NPSH, le débit et la hauteur de refoulement pour la pompe ; le débit d'air et la pression statique pour le ventilateur. La puissance nominale du moteur est choisie de manière à couvrir le point de fonctionnement le plus sévère du système avec une marge de 10 à 15 pour cent. Une marge excessive entraîne une perte de rendement à faible charge ; une marge insuffisante, un échauffement permanent. Établir cet équilibre est l'étape d'ingénierie qui apporte le plus d'économies sur les lignes pompe-ventilateur.

Maintenance et fiabilité

Sur les moteurs de pompes et de ventilateurs, la graisse des roulements, la bague d'étanchéité d'arbre et le suivi des vibrations font l'objet d'un contrôle régulier. L'humidité et l'étanchéité sur les pompes des volumes humides, les vibrations et le balourd sur les ventilateurs de toiture sont les problèmes les plus fréquemment rencontrés. La maintenance planifiée évite les arrêts imprévus tant pour le moteur que pour le système raccordé. Vous trouverez davantage d'informations sur la structure asynchrone, base des moteurs utilisés dans ces applications, dans le contenu moteurs AC asynchrones.

Réglage de vitesse plutôt qu'étranglement de vanne

Dans les systèmes traditionnels, le débit est réglé en étranglant une vanne ou un registre ; même si cette méthode abaisse le débit, le moteur continue d'appeler presque toute sa puissance et l'énergie excédentaire est perdue en chaleur. Le réglage de vitesse réduit en revanche réellement la puissance : la pompe ou le ventilateur ne dépense que l'énergie correspondant au besoin du moment. De plus, un moteur qui travaille à bas régime s'échauffe moins, la durée de vie des roulements et de la bague d'étanchéité s'allonge, les coups de bélier et le bruit dans le système diminuent. C'est pourquoi, dans les installations à débit variable, le réglage de vitesse procure un double gain, côté énergie comme côté maintenance.

Dispositions de pompes et de ventilateurs en parallèle

Dans les installations qui travaillent sur une large plage de débit, mettre plusieurs petits moteurs en parallèle peut être plus efficace qu'un seul gros moteur. À faible demande, un seul moteur fonctionne ; à mesure que la demande augmente, les autres entrent en service, ce qui maintient chaque moteur dans sa zone efficace. Cette disposition assure en même temps une redondance : lorsqu'un moteur tombe en panne, le système ne s'arrête pas entièrement. Sur les groupes de ventilateurs également, faire fonctionner par paliers plusieurs petites unités consomme bien moins d'énergie qu'un unique ventilateur géant fonctionnant étranglé.

Effet de la classe de rendement sur la facture pompe-ventilateur

Comme les moteurs de pompes et de ventilateurs figurent dans la plupart des installations parmi les équipements qui fonctionnent le plus longtemps, le choix de la classe de rendement se répercute directement sur la dépense d'électricité. Selon la IEC 60034-30-1, choisir un moteur IE4 au lieu d'un IE3 représente, sur une ligne en fonctionnement continu, des milliers de kWh d'économie par an ; cet écart compense en peu de temps la petite prime à l'achat. Dans les anciens systèmes fonctionnant en particulier par étranglement d'un registre ou d'une vanne, associer un moteur à haut rendement à un variateur de fréquence multiplie l'économie.

Cavitation et santé du système

Sur les pompes, un NPSH insuffisant provoque la cavitation, entraînant l'érosion de la roue, du bruit et des vibrations ; cela sollicite indirectement les roulements du moteur. Choisir le moteur en accord avec la courbe de la pompe et régler la vitesse selon le besoin réduit le risque de cavitation. Du côté du ventilateur, des pales déséquilibrées et une pression statique excessive conduisent à une panne prématurée du moteur due aux vibrations. Un choix qui considère le système dans son ensemble protège aussi bien l'équipement hydraulique que le moteur.

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DRG Motor fournit, dans la plage 0,55-90 kW, des moteurs 400 V / 50 Hz adaptés aux applications de pompage et de ventilation, avec différents nombres de pôles et classes de rendement. Si vous nous communiquez les valeurs de débit-pression de votre système et son profil de fonctionnement quotidien, nous pouvons vous aider à déterminer la vitesse, le type de fixation et la classe de rendement corrects. Pour bénéficier également d'un appui sur les solutions à variateur de fréquence, vous pouvez nous joindre via DRG Motor.