Cavitation des pompes : ce que c'est et comment l'éviter

Dans le monde des pompes industrielles, un terme revient souvent et suscite la crainte des opérateurs : la « cavitation ». Ce phénomène apparemment invisible peut causer des dommages importants et réduire considérablement la durée de vie et l'efficacité d'une pompe. Il est donc essentiel de comprendre ce qu'est la cavitation, ce qui la provoque et, surtout, comment la prévenir ou l'atténuer, pour garantir un fonctionnement fiable et prolongé des systèmes de pompage.

Plus précisément, la cavitation est un processus physique qui se produit à l'intérieur d'un liquide en mouvement lorsque la pression locale tombe en dessous de la pression de vapeur du liquide lui-même à la température de fonctionnement. En termes simples, des bulles de vapeur se forment à l'intérieur du liquide, qui implosent violemment en se déplaçant vers des zones de pression plus élevées. Ces implosions génèrent des ondes de pression localisées extrêmement intenses, capables d'éroder toutes les surfaces affectées, quel que soit le matériau de construction.

Les principales causes de la cavitation

Plusieurs facteurs peuvent contribuer à l'apparition de la cavitation dans une pompe, et l'identification de la cause première est la première étape de la mise en œuvre des stratégies de prévention les plus efficaces. Les facteurs prédisposants sont les suivants

• aspiration insuffisante (NPSHa trop faible) : la hauteur d'aspiration positive nette disponible (NPSHa) est la pression absolue du liquide à l'entrée de la pompe, nette de la pression de vapeur. Si le NPSHa est trop faible par rapport à la hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSHr) par la pompe, la pression du liquide à l'intérieur peut tomber en dessous de la pression de vapeur, ce qui déclenche la formation de bulles. Ce phénomène est souvent dû à une hauteur d'aspiration excessive, à des pertes de charge élevées dans la conduite d'aspiration (dues à des tuyaux trop longs ou de diamètre insuffisant, à des coudes serrés, à des filtres ou des vannes partiellement bouchés) ou à une pression trop faible dans le réservoir d'aspiration ;
• température du liquide trop élevée : lorsque la température augmente, la pression de vapeur du liquide augmente. Si la pression de vapeur est trop proche de la pression d'aspiration, le risque de cavitation augmente considérablement ;
• vitesse de rotation excessive de la pompe : une vitesse de rotation trop élevée peut entraîner une chute rapide de la pression et favoriser la formation de bulles de vapeur ;
• obstructions partielles à l'entrée de la pompe : des restrictions ou des obstructions partielles dans le tuyau d'aspiration ou à l'entrée de la pompe peuvent augmenter la vitesse du liquide et diminuer sa pression, créant ainsi des zones de risque de cavitation ;
• conception inadéquate de la pompe pour les conditions de fonctionnement : une pompe qui n'est pas correctement dimensionnée pour les exigences spécifiques du système (débit, hauteur manométrique, type de liquide) peut être plus sensible à la cavitation.

Les effets néfastes de la cavitation

Les implosions violentes de bulles de vapeur causées par la cavitation peuvent avoir des conséquences dévastatrices pour la pompe. Voici quelques exemples :

• érosion des surfaces métalliques : les ondes de pression générées par les implosions érodent progressivement le matériau des composants internes, créant des cavités et des aspérités. Cela entraîne une diminution des performances de la pompe et, au fil du temps, la nécessité de procéder à des réparations ou à des remplacements coûteux ;
• vibrations et bruits excessifs : la cavitation s'accompagne souvent d'un bruit similaire à celui produit par des graviers s'écoulant à l'intérieur de la pompe et de vibrations anormales, qui peuvent endommager les roulements et autres composants mécaniques ;
• efficacité réduite de la pompe : l'érosion des composants internes et les turbulences causées par la présence de bulles de vapeur réduisent la capacité de la pompe à transférer de l'énergie au liquide, ce qui diminue son efficacité et augmente la consommation d'énergie ;
• défaillance prématurée : si elle n'est pas traitée, la cavitation peut entraîner une défaillance prématurée de la pompe, ce qui se traduit par des interruptions d'activité et des coûts de maintenance élevés.

Comment éviter la cavitation ?

Il est toujours préférable de prévenir la cavitation plutôt que de réparer les dommages qu'elle peut causer. Voici quelques stratégies clés :

• réduire la température du liquide, car le fait de maintenir la température du liquide pompé en dessous des limites critiques peut réduire considérablement le risque de cavitation ;
• réduire la vitesse de rotation de la pompe, si possible, afin d'éviter les pertes de charge ;
• évitez les obstructions à l'entrée de la pompe en vous assurant que l'entrée de la pompe est libre de toute obstruction et que le flux de liquide est uniforme ;
• le choix de la bonne pompe pour l'application, avec un NPSHr adapté aux conditions d'aspiration du système, est crucial au stade de la conception ;
• installer un indicateur de pression d'aspiration, de manière à ce qu'il puisse fournir une indication précoce des problèmes potentiels d'aspiration. La pression mesurée par l'indicateur doit toujours être positive. Chez Hawk, nous recommandons une pression de 0,5 à 3 bars.
• utiliser la double aspiration : ce type de configuration permet de répartir le flux de liquide entre deux entrées symétriques, ce qui réduit la vitesse d'aspiration en chaque point et diminue le risque de chute de pression en dessous de la valeur de la vapeur. Il améliore également la répartition de la charge hydraulique sur la roue, contribuant ainsi à un fonctionnement plus stable et plus silencieux de la pompe. Il est particulièrement efficace dans les applications à haut débit ou dans les conditions d'aspiration critiques.

Les solutions Hawk pour prévenir la cavitation

Hawk Pumps accorde une grande importance à la conception et à la fabrication de pompes à haute pression qui minimisent le risque de cavitation. Elles sont toutes conçues avec des géométries internes optimisées pour assurer un écoulement uniforme du liquide et réduire les pertes de charge internes.

Pour garantir un fonctionnement fiable et durable, Hawk recommande de suivre scrupuleusement les instructions d'installation et de maintenance fournies, en accordant une attention particulière aux caractéristiques de la ligne d'aspiration. Le choix d'accessoires de haute qualité, tels que des tuyaux de diamètre approprié et des raccords à faible perte de charge, permet de maximiser le NPSHa disponible.

Faire confiance aux pompes Hawk, c'est choisir des produits conçus pour de hautes performances et une longue durée de vie, minimisant les problèmes de cavitation si le système est correctement conçu et exploité. Contactez-nous dès maintenant pour plus d'informations !