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Comparatif de pompes Laing - Page 2/10

Posté le 06/10/2004
Rédacteur : David D.
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 leur pompe va mourir subitement en chauffant plus face à un circuit un peu restrictif ! Bref encore et toujours des légendes urbaines dues à un manque d'expérience avec des "on-dit" et autres termes inventés puis employés à tord et à travers. Il y a beaucoup de confusions sur ce qu'induisent les caractéristiques techniques d'une pompe avec la variété disponible.

La seule chose valide qu'on puisse dire c'est que plus le débit est important 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 (sans avoir recours à un compresseur). 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 si on a beaucoup de blocs, la fiabilité, etc.

Dans notre domaine, nous utilisons des pompes dites 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 2 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 exactement comme un ventilateur. Le rotor avec ses pales communique une certaine énergie mécanique au fluide qui va se transformer en énergie cinétique (pression dynamique) 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 comme tout se conserve en physique l'énergie cinétique acquise va se convertir en énergie de pression (pression statique).

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 et 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 un circuit. Avec ces 2 informations, on peut choisir au mieux sa pompe en voyant laquelle est adaptée et si un surdimensionnement est intéressant ou non. 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 (robinet fermé). On se situe évidemment toujours entre ces 2 situations extrêmes.

Théoriquement, une pompe 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, cela est un peu différent puisque l'écoulement dans la pompe n'est jamais parfait et il faut y retirer les chocs et les pertes de charges induites dans les aubages (frottements). Néanmoins certaines pompes à la géométrie bien conçue ont une caractéristique qui se rapproche très fortement de la caractéristique théorique, ce sera le cas de la Dangerden D4 par exemple.

Ci-dessous figure quelques courbes de pompes réelles dont certaines sont issues du constructeur et d'autres de tests réalisés par des indépendants. Si vous souhaitez voir beaucoup plus de courbes de pompes rendez vous sur ce lien. 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 donnant les mêmes performances. Quelque soit le circuit, il faut toujours éviter de brider inutilement le débit par l'emploi de petits raccords, de tuyau de faible diamètre, de raccords en T, de coudes à 90°, de longueurs de tuyau à n'en plus finir, etc. Bref, tout ce qui entraîne des pertes de charges le long du parcours est à bannir 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... Tout cela est fonction de la sensibilité de chacun, vous faites ce que vous voulez et ceci n'est qu'une constatation pratique !

Comme on le voit souvent aussi, 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 vous augmentez le débit et donc les performances du bloc. Il n'y a que pour des blocs hyper restrictifs que le changement d'embouts n'apporterait pas de gain au niveau du débit car leurs pertes de charge seraient négligeables devant celle de la structure interne du bloc. Les pertes de charges inutiles dans un circuit augmentent plus vite que vous ne l'imaginez ! La résistance totale d'un circuit face à un débit est de type parabolique (pdc = coeff * débit²). C'est à dire que si l'on veut doubler le débit, la perte de charge sera multipliée par 4 et il faudra une pompe nettement 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 débits entre différentes pompes seront élevées jusqu'à devenir insignifiantes vis-à-vis des performances pures, même avec une meilleure pression par une mise en série de 2 pompes par exemple. Pour des systèmes vraiment très restrictifs, on pourra donc se contenter d'une petite pompe sans y perdre au change. 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 tout simplement :

On remarque aussi 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 2 solutions simples pour les pompes centrifuges :

- il faut tourner plus vite pour donner encore plus de vitesse au fluide dans les aubages tout en sachant que le bruit de rotation va augmenter. Il existe par ailleurs des pompes centrifuges qui peuvent se le permettre car le rotor est en lévitation magnétique sans aucun contact mécanique et il peut tourner très vite pour avoir une grosse pression en sortie.
- il faut augmenter le diamètre du rotor et des aubages pour augmenter l'effet centrifuge car plus le fluide s'éloignera du centre plus il emmagasinera d'énergie cinétique pour la convertir en pression statique, mais des problèmes d'encombrement et d'équilibrage vont survenir.

Dans un souci d'adaptation, le fabricant de pompes Iwaki propose des rotors différents pour une même pompe en fonction de ce que vous souhaitez pour votre 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 ces manipulations vont demander encore plus de puissance mécanique donc on arrive vite à des puissances absorbées importantes à cause des divers rendements. Si on veut quand même augmenter cette pression, on peut facilement le faire en sérialisant deux ou 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 donc est ce que ça en vaut la peine ?



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