Moteur de pompe de circulation et d'eau de refroidissement : circuits fermés

Le moteur d'une pompe de circulation entraîne la pompe qui fait tourner de l'eau ou de l'eau glycolée dans une boucle fermée ; il ne monte l'eau nulle part, il vainc seulement les pertes par frottement dans les tuyauteries, les vannes, les échangeurs et le groupe froid. La puissance du moteur dépend donc non d'une forte pression, mais d'une faible hauteur associée à un grand débit qui tourne toute l'année. Sur les petits circulateurs de chauffage, le moteur fait corps avec la pompe et ne se remplace pas seul ; les pompes à rotor sec utilisent un moteur triphasé CEI standard, et en cas de panne seul le moteur peut être changé.

Cette page explique d'où vient la hauteur dans une boucle fermée, en quoi les pompes à rotor noyé et à rotor sec diffèrent du point de vue du moteur, quelle puissance on rencontre sur les boucles de groupe froid et de tour de refroidissement, et ce qui y correspond dans la gamme DRG. Les moteurs qui conviennent et leurs prix actualisés se trouvent parmi les 120 modèles de la page Acheter un moteur électrique en ligne. Vue d'ensemble : Moteurs de pompe.

Qu'est-ce qu'une pompe de circulation et que fait-elle en circuit fermé ?

La circulation désigne un usage ; par leur principe, ces pompes sont presque toutes centrifuges, et par leur corps elles sont in-line ou à aspiration axiale. Le rôle de la pompe n'est pas de transporter l'eau d'un point à un autre, mais de faire tourner la même eau entre une source et un utilisateur de chaleur : de la chaudière aux radiateurs, du groupe froid aux ventilo-convecteurs, de la chemise de refroidissement d'une machine à un échangeur.

En circuit fermé, l'eau revient à son point de départ : les colonnes d'eau de l'aller et du retour s'équilibrent. Même si le bâtiment fait 40 m de haut, la pompe ne remonte pas ces 40 m ; le vase d'expansion et la pression de remplissage s'en chargent. La seule résistance à vaincre est la perte de charge dans les tuyaux, coudes et vannes, les échangeurs et l'évaporateur du groupe froid. La hauteur reste donc le plus souvent dans une plage d'environ 5–30 m, tandis que le débit est important, à la mesure de la charge thermique.

Où l'utilise-t-on ?

• Chauffage central : circuits chaudière–radiateurs ou plancher chauffant.
• Climatisation : boucles primaires et secondaires de groupe froid, batteries de ventilo-convecteurs et de centrales de traitement d'air.
• Boucles de tour de refroidissement : circulation de l'eau de condenseur entre la tour et le groupe froid.
• Refroidissement de process : moules d'injection, compresseurs, machines de soudage, chemises de four.
• Réseaux de chaleur/froid urbains et boucles de refroidissement de centres de données.

Une distinction s'impose pour la tour de refroidissement : côté tour, le circuit est ouvert ; l'eau est refoulée vers le distributeur en haut de la tour et retombe dans le bassin. La hauteur statique entre le niveau du bassin et le distributeur s'ajoute alors aux pertes par frottement. Côté évaporateur du groupe froid, le circuit est entièrement fermé.

Rotor noyé ou rotor sec : le moteur se remplace-t-il ?

Du point de vue du moteur, les pompes de circulation forment deux mondes distincts ; chercher un moteur sans savoir dans lequel on se trouve fait perdre du temps.

• Circulateur à rotor noyé : le rotor du moteur tourne dans l'eau pompée, pompe et moteur partagent un même corps et il n'y a pas de garniture d'arbre. Dans le catalogue d'un fabricant, la puissance absorbée de ces circulateurs va d'environ 16 W à 1 550 W selon le modèle [1]. Ce moteur n'a ni bout d'arbre séparé, ni bride, ni carcasse CEI. En cas de panne, on remplace la pompe ou la tête moteur du fabricant, pas un moteur. DRG ne vend pas ces moteurs intégrés.
• Pompe à rotor sec : le moteur est hors de l'eau ; l'arbre de pompe est étanché par garniture mécanique et le moteur est bridé sur la lanterne (in-line) ou accouplé sur un châssis (aspiration axiale). Ces pompes utilisent un moteur asynchrone CEI standard ; en cas de panne on monte un moteur de même puissance, vitesse, carcasse et bride.
• Pompe à rotor sec avec variateur intégré : sur certaines pompes in-line, moteur et variateur forment une seule unité ; un fabricant propose cette conception jusqu'à 22 kW [4]. Ces moteurs ne s'échangent pas non plus un pour un avec un moteur CEI standard ; le passage à un moteur standard avec variateur séparé se fait en accord avec le fabricant de la pompe.

L'implantation verticale du moteur des pompes in-line utilisées sur ces boucles est un sujet à part ; sur les pompes à aspiration axiale, le moteur est horizontal sur le châssis.

Puissance moteur : quels kW sur les pompes de circulation du marché ?

A) Puissance moteur des pompes de circulation du marché

Pour les pompes de circulation et d'eau de refroidissement à rotor sec avec moteur CEI, on observe des moteurs d'environ 0,12–200 kW selon le modèle et la capacité du fabricant [2][3] ; les circulateurs à rotor noyé restent dans le domaine du watt [1]. Dans une même famille de pompes, la puissance croît avec le débit (m³/h) et avec les pertes de la boucle : si le débit double, la perte de charge dans les mêmes tuyaux est multipliée par environ quatre et la puissance augmente encore plus vite. Les installations comportent souvent deux pompes (dont une en secours) ou plusieurs pompes en parallèle ; le moteur se choisit pour une pompe, la puissance installée totale n'est pas la puissance du moteur.

B) Correspondance avec la gamme DRG

La partie de la plage A qui recoupe la gamme DRG 0,25–355 kW, 1000/1500/3000 tr/min, est 0,25–200 kW. Les paliers de 0,12–0,18 kW sont sous la gamme. Les circulateurs à rotor noyé et les pompes dont le variateur est intégré au moteur ne peuvent pas recevoir un moteur standard et sont hors gamme DRG. Dans la gamme in-line étudiée, les fortes puissances sont en 4 pôles (classe 1500 tr/min) [2] ; ces moteurs existent dans la gamme DRG de 0,25 kW à 355 kW.

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Exemple de calcul : boucle d'eau de refroidissement d'un groupe froid

Le calcul repose sur P = ρ·g·Q·H / η_pompe : débit en m³/s, hauteur en m, masse volumique en kg/m³, g = 9,81 m/s², puissance en W. Exemple : dans la boucle de refroidissement de process d'une usine, 180 m³/h d'eau traversent l'évaporateur du groupe froid. La perte totale de la boucle (tuyaux, vannes, filtre, évaporateur et échangeur à plaques) est calculée à 22 m. Avec un rendement de pompe supposé de 0,75, P = 1000 × 9,81 × (180/3600) × 22 / 0,75 ≈ 14,4 kW. Avec une marge de 10 %, le besoin est d'environ 15,8 kW ; la puissance normalisée supérieure est un moteur 18,5 kW, 4 pôles.

La nuit et en mi-saison, la charge thermique baisse. Si le moteur est ramené à 70 % de sa vitesse par variateur, le débit tombe à environ 126 m³/h, la perte d'une boucle purement frottante à 22 × 0,7² ≈ 10,8 m et la puissance d'arbre à 14,4 × 0,7³ ≈ 4,9 kW. En pratique, la baisse est un peu moindre : la pompe fonctionne souvent en régulation de pression différentielle constante ou proportionnelle [3], une pression différentielle étant maintenue au point le plus éloigné, et la puissance reste un peu au-dessus de la courbe cubique. Sur une pompe de circulation qui tourne des milliers d'heures par an, l'écart reste important sur la facture. Pour la relation vitesse-puissance, voir les lois d'affinité ; pour vos propres valeurs, le calculateur de puissance pompe et ventilateur.

Données pour le choix du moteur, vitesse et démarrage

Débit et pression sont une propriété de la pompe, pas du moteur ; celui-ci doit seulement entraîner l'arbre à la bonne vitesse avec assez de puissance. Avant de demander un moteur pour une pompe de circulation, précisez :

• La pompe est-elle à rotor noyé ou à rotor sec ? Voit-on un arbre et une bride entre moteur et pompe ?
• Débit et hauteur sur la plaque de la pompe ; kW, vitesse, carcasse CEI et tension sur la plaque de l'ancien moteur.
• Montage : sur pompe in-line, moteur vertical à bride ; sur aspiration axiale, moteur à pattes et accouplement.
• Fluide : eau ou eau glycolée ? La densité et la viscosité du glycol augmentent un peu la puissance.
• Température du fluide : sur une boucle d'eau chaude, la chaleur passe du corps de pompe à la bride du moteur.
• Régulation : vitesse fixe, ou variateur avec capteur de pression différentielle ?
• Ambiance : une chaufferie peut être chaude, une salle de groupe froid humide ; choisissez l'indice de protection en conséquence.

La vitesse dépend de la conception de la pompe. Les pompes in-line 2 pôles sont courantes en petite et moyenne puissance ; le 4 pôles s'impose sur les pompes d'eau de refroidissement à grand débit, plus encore dans les bâtiments soumis à des limites de bruit. Ne montez pas un moteur d'une autre vitesse que celle de conception ; un moteur 4 pôles sur une pompe 2 pôles ramène la hauteur au quart.

Une pompe de circulation démarre facilement : la boucle est pleine, il n'y a pas de hauteur statique et la masse tournante est faible. Sur les pompes à vitesse fixe, on utilise l'étoile-triangle aux puissances élevées ; sur un réseau 400 V, il faut un bobinage 400/690 V (4 kW et plus dans la gamme DRG). Détails : démarrage étoile-triangle. Avec un variateur, le ventilateur propre du moteur souffle moins à basse vitesse ; comme la charge d'une pompe de circulation baisse avec la vitesse, ce n'est en général pas gênant, mais surveillez la température du moteur aux très basses vitesses. Le branchement est à faire par un électricien qualifié.

Correspondance avec les moteurs DRG

DRG Motor est fabricant, fournisseur et vendeur de moteurs électriques. Notre gamme couvre 0,25–11 kW en carcasse aluminium et 0,55–355 kW en fonte ; 1000, 1500 et 3000 tr/min ; triphasé, 230/400 V ou 400/690 V ; montage B3, B5, B14 et B35 (précisé à la commande). Sur les boucles de circulation, les moteurs DRG concernent les pompes à rotor sec avec moteur standard. Le tableau ci-dessous reprend des modèles 4 pôles proches de la puissance de l'exemple ; pour une pompe in-line verticale, indiquez à la commande le montage V1 et la cote de bride. Pour un fonctionnement vertical, le moteur doit être commandé apte au montage vertical et la charge axiale confirmée par le fabricant de la pompe.

Pour le besoin de 15,8 kW de l'exemple, DRG-180M-4 (18,5 kW, 1470 tr/min, 33,5 A sous 400 V) convient ; si la même boucle doit passer plus tard à 220 m³/h, on peut envisager DRG-180L-4 (22 kW). Les moteurs DRG MOTOR sont garantis contre les défauts de matière et de fabrication pendant 2 ans à compter de la date de livraison (certificat de garantie). Pour les pompes et ventilateurs des installations CVC, voir fourniture de moteurs CVC ; pour les boucles de refroidissement de centres de données, voir refroidissement des centres de données.

Moteurs DRG pour pompes de circulation

• DRG-112M-4 – 4 kW – 1450 tr/min – 112M fonte
• DRG-132M-4 – 7,5 kW – 1460 tr/min – 132M fonte
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1465 tr/min – 160M fonte
• DRG-160L-4 – 15 kW – 1465 tr/min – 160L fonte
• DRG-180M-4 – 18,5 kW – 1470 tr/min – 180M fonte
• DRG-180L-4 – 22 kW – 1470 tr/min – 180L fonte
• DRG-200L-4 – 30 kW – 1475 tr/min – 200L fonte

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Moteur de pompe de circulation : questions fréquentes

Peut-on changer seul le moteur d'un circulateur de chauffage ?

Pas sur un circulateur à rotor noyé : le moteur fait partie de la pompe et l'on remplace la pompe ou la tête moteur du fabricant. S'il existe un arbre et une bride entre moteur et pompe (rotor sec), un moteur triphasé standard peut être monté.

Faut-il tenir compte de la hauteur du bâtiment pour dimensionner une pompe de circulation ?

Pas en circuit fermé : les colonnes d'eau aller et retour s'équilibrent. La pompe vainc seulement les pertes par frottement. Sur une boucle ouverte de tour de refroidissement, on ajoute la hauteur statique jusqu'au distributeur.

De combien un variateur réduit-il la puissance d'une pompe d'eau de refroidissement ?

Sur une boucle purement frottante, la puissance baisse avec le cube de la vitesse : environ un tiers à 70 % de vitesse. Avec une régulation de pression différentielle, la baisse est un peu moindre.

Quel courant absorbe un moteur de pompe 18,5 kW 4 pôles ?

Le DRG-180M-4 absorbe 33,5 A sous 400 V et 35,3 A sous 380 V.

Envoyez-nous la plaque de la pompe, le type de rotor et la plaque de l'ancien moteur ; nous retiendrons ensemble le bon modèle DRG. Téléphone +90 (542) 666 11 11, e-mail [email protected], page contact. Pour tous les modèles et les prix actuels : Acheter un moteur électrique en ligne.

Sources

1. Grundfos – MAGNA3 Model D Data Booklet (60 Hz) – circulateur à rotor noyé : pompe et moteur forment un seul ensemble ; puissance absorbée P1 d'environ 16–1 550 W dans les tableaux.
2. Wilo – Atmos GIGA-I, full range and technical data – pompe in-line à rotor sec pour chauffage, climatisation et refroidissement ; P2 0,25–200 kW dans les codes, 4 pôles 0,25–200 kW, 2 pôles 1,5–55 kW.
3. Grundfos – TP, TPD, TPE, TPED Data Booklet – pompe in-line monocellulaire pour chauffage/refroidissement urbain et refroidissement industriel ; Series 200 0,12–2,2 kW, Series 300 0,25–132 kW ; version à vitesse variable avec capteur de pression différentielle.
4. Wilo – Stratos GIGA 65/6-74/22 ürün sayfası – pompe in-line à rotor sec avec moteur et variateur intégrés ; P2 22 kW sur le modèle cité.