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Comparatif de pompes Laing - Page 2/10

Rédigé par David D. - 06/10/2004
Catégorie : Watercooling



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Considérations sur le choix d'une pompe

Une question qui revient très souvent est : "Quelle pompe dois-je choisir ?". Certains pensent que 2 mH20 de colonne d'eau vont révolutionner leur circuit par rapport à 1.5 mH20, qu'un circuit peu restrictif nécessite forcément une pompe 1500 L/h sans se soucier de la pression ou bien encore que la pompe va mourir subitement en chauffant plus face à un circuit un peu restrictif... Bref, encore et toujours des légendes urbaines avec des "on-dit" et autres termes employés à tord et à travers.

La seule chose valide qu'on puisse dire c'est que plus le débit est important et plus un échangeur de chaleur sera efficace, mais à des degrés divers suivant sa géométrie. Ce débit plus grand permettra de gagner quelques degrés dans certains cas favorables et presque rien dans d'autres systèmes, l'overclocking pouvant être une finalité puisqu'il est lié à la température. Suivant ces préoccupations, on peut voir un certain nombre d'autres facteurs qui conditionneront le choix de la pompe tels que l'encombrement, le prix, le bruit généré, la consommation, le débit, la fiabilité, etc.

Dans notre domaine, nous utilisons des pompes centrifuges qui utilisent l'effet du même nom pour mettre un fluide en mouvement. Pour déplacer du fluide, il faut une différence de pression entre deux points de l'espace et ces pompes vont se charger de la créer. En utilisant les variations de vitesse d'un fluide, la pompe va créer un différentiel de pression entre son entrée et sa sortie pour générer un écoulement. Une pompe n'est rien d'autre qu'un saut de pression, tout comme un ventilateur. Le rotor avec ses pales communique une certaine énergie mécanique au fluide qui va se transformer en énergie cinétique le long des aubages où le fluide accélère de plus en plus en s'éloignant du centre de rotation. En arrivant au bout des pales, il ralentit dans la volute et l'énergie cinétique acquise va se convertir en pression.

Dans une pompe centrifuge, le débit et la pression sont liés par une relation qui dépend du design et de la mécanique de celle-ci (géométrie, nombre de pales, vitesse de rotation), c'est ce qu'on appelle la courbe de pompe. Elle permet de connaître, en fonction d'un circuit quelconque, le débit qui circulera à l'aide de petites manipulations sur des courbes de circuit. Celles-ci sont en fait la somme de toutes les pertes de charge de chacun des éléments rencontrés dans ce circuit. Avec ces deux informations, on peut choisir au mieux sa pompe en retenant la plus adaptée. Chaque pompe ayant ses propres caractéristiques techniques, leur réaction face à un même circuit sera différente. Le débit maximum n'est jamais atteint en réalité, car il signifie qu'il n'y a aucune résistance de passage dans le circuit, donc pas de circuit tout simplement, la pompe tourne à vide. La pression maximale est celle obtenue en sortie de pompe lorsque l'on empêche l'eau de circuler. On se situe donc toujours entre ces deux situations extrêmes.

Théoriquement, une pompe centrifuge parfaite a une courbe de pompe en forme de droite inclinée vers le bas qui signifie que la pression est directement proportionnelle au débit. En réalité, c'est un peu différent puisque l'écoulement dans la pompe n'est pas parfait et il faut tenir compte des chocs et des pertes de charge induites dans les aubages (frottements). Néanmoins, certaines pompes à la géométrie bien conçue ont une caractéristique qui se rapproche fortement de la caractéristique théorique, ce sera le cas de la Dangerden D4 notamment.

Ci-dessous, figure quelques courbes réelles de pompes dont certaines sont issues du constructeur et d'autres de tests réalisés par des indépendants. En général et sans modifications de la pompe, les courbes constructeurs et réelles sont relativement proches à la tolérance de fabrication près, car toutes les pompes d'un même modèle ne sont pas rigoureusement identiques.

Généralement, les gens surdimensionnent inutilement leur pompe alors que le circuit peut être optimisé de sorte à utiliser une pompe moins puissante et moins bruyante tout en ayant les mêmes performances. Quel que soit le circuit, il faut toujours éviter de brider inutilement le débit par l'emploi de petits raccords, de tuyau de faible diamètre, de coudes à 90°, de longueurs de tuyau à n'en plus finir, etc. Bref, tout ce qui entraîne des pertes de charge le long du parcours est à éviter au maximum. Quand on voit que certains achètent des grosses pompes ou des pompes à monter en série pour y mettre directement des coudes à leurs sorties, ou pire à leurs entrées, il y a de quoi se poser des questions, car c'est idiot de la surdimensionner pour démolir juste derrière le gain qu'elle pourrait procurer...

Comme on le voit aussi souvent, les phrases du type "le waterblock est optimisé pour des petits raccords 1/8" sont fausses, car en changeant de raccords par des plus gros on augmente le débit et donc les performances du waterblock. Les pertes de charges inutiles dans un circuit augmentent plus vite qu'on ne l'imagine. La résistance totale d'un circuit face à un débit est de type parabolique (pdc = coeff x débit2). C'est à dire que si l'on veut doubler le débit, la perte de charge sera multipliée par quatre et il faudra une pompe bien plus puissante ou optimisée pour être capable de faire passer ce que l'on souhaite.

On remarquera alors que plus un système sera restrictif et moins les différences de débit entre différentes pompes seront marquées. Pour des systèmes vraiment très restrictifs, on pourra se contenter d'une petite pompe sans y perdre au change. Si l'on veut plus d'efficacité, il faudra une pompe capable de fournir plus de pression ou bien mettre des pompes en série pour augmenter cette pression afin de faire passer plus de débit. C'est ce que montre le schéma de 2 circuits fictifs ci-dessous où le point d'intersection entre la courbe de pompe et la courbe du circuit nous donne le débit réel et la pression en sortie de pompe. On l'appelle le point de fonctionnement du circuit :

On remarque que plus la pompe aura une haute pression disponible et un débit maximum élevé, plus on pourra faire passer de débit dans un circuit. Malheureusement, on n'augmente pas si facilement la pression et si on le fait cela influencera de manière notable sur le bruit et le design des pompes. En effet, pour l'augmenter il y a deux solutions simples pour les pompes centrifuges :

  • il faut tourner plus vite pour fournir encore plus de vitesse au fluide tout en sachant que le bruit de rotation va augmenter. Néanmoins, il existe des pompes centrifuges qui peuvent se le permettre, car le rotor est en lévitation magnétique sans contact et peut donc tourner vite pour fournir une bonne pression en sortie.
  • il faut augmenter le diamètre du rotor pour augmenter l'effet centrifuge, car plus le fluide s'éloignera du centre et plus il emmagasinera d'énergie cinétique pour la convertir en pression statique, mais des problèmes d'encombrement vont survenir.

Dans un souci d'adaptation, le fabricant de pompes Iwaki propose justement des rotors différents pour une même pompe en fonction de ce que l'on souhaite obtenir pour l'application : plus de débit, plus de pression ou un peu des deux. Les différentes formes d'aubages tournants sont résumées sur ce genre de schéma :

Il ne faut pas oublier que certaines modification du rotor peuvent demander plus de puissance mécanique et donc une puissance électrique absorbée supérieure ainsi qu'un risque de surcharge si la pompe n'est pas faite pour ça. Si l'on veut quand même augmenter cette pression, on peut facilement le faire en sérialisant plusieurs pompes. On peut également passer à d'autres types de pompes dites "volumétriques" pour ne plus être trop limité à ce niveau, mais elles seront à coup sûr plus bruyantes : pompes à membranes, à engrenages, à clapets, à pistons... Une optimisation des aubages est toujours possible pour grappiller en efficacité, mais ça demande beaucoup de soin, de calculs et le coût augmente un peu.

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