Chapitre IV :
Méthodologie de dimensionnement d'un
système de pompage solaire
IV-1 Introduction
Les différentes étapes pour le dimensionnement d'un
système de pompage sont :
- Evaluation des besoins en eau
- Calcul de l'énergie hydraulique nécessaire
- Détermination de l'énergie solaire disponible -
Choix des composants
IV-2 Evaluation des besoins en eau
La détermination des besoins en eau pour la
consommation d'une population donnée dépend essentiellement de
son mode de vie.
Les besoins en eau que l'on estime nécessaires pour les
zones rurales des pays pauvres sont de l'ordre de 20 litres par personne et 30
litres par tête de bétail [28].
Les besoins d'eau pour l'irrigation dépendent du type
de culture, des facteurs météorologiques comme la
température, l'humidité, la vitesse du vent,
l'évapotranspiration du sol, la saison de l'année
considérée et de la méthode d'irrigation. Cependant, il
est important de se baser sur la pratique et l'expérience locale. La
capacité du réservoir sera déterminée selon les
besoins en eau journalières et l'autonomie requise du système
[28].
IV-3 Calcul de l'énergie hydraulique
nécessaire
Une fois définies les besoins nécessaires en
volume d'eau pour chaque mois de l'année et les caractéristiques
du puits, nous pouvons calculer l'énergie hydraulique moyenne
journalière et mensuelle nécessaire à partir de la
relation :
Eh = g.ñ.V.Hmt où
3600
Eh : énergie hydraulique (Wh/jour)
Hmt : hauteur manométrique totale de pompage (m)
Va : volume d'eau pompée par jour (m3 /jour)
ñ : densité de l'eau (1000 kg/m3)
g : accélération de la pesanteur
(9,81m/s2)
Durant le processus de pompage, le niveau d'eau à
l'intérieur du puits tend à baisser, jusqu'à ce que la
vitesse avec laquelle la régénération du puits arrive
à équilibrer la quantité pour que l'on puisse pomper l'eau
de nouveau. L'abaissement du niveau d'eau dans le puits dépend d'un
certain nombre de facteurs, comme le type et la perméabilité du
sol et l'épaisseur de l'aquifère [28].
IV-3-1Le débit d'eau pompée Q :
C'est la quantité d'eau que la pompe peut fournir
durant un intervalle de temps donné. En pompage, le débit est
habituellement donné en litres par heure (l/h).
En pompage solaire, le débit (ou le besoin en eau) est
souvent exprimé en m3 par jour. IV-3-2 La hauteur
manométrique totale (Hmt) :
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La Hmt d'une pompe est la différence de pression en
mètres de colonne d'eau (mCE) entre les orifices d'aspiration et de
refoulement. Cette hauteur peut être calculée comme suit :
Hmt = Hg + Pc, Où :
? Hg : Hauteur géométrique entre la nappe d'eau
pompée (niveau dynamique) et le plan d'utilisation (Hr+ Nd). Pour une
pompe de surface sur un plan d'eau, Hg sera choisie en fonction de la hauteur
de la pompe à son niveau le plus bas.
? Pc : Pertes de charge produites par le frottement de l'eau
sur les parois des conduites. Ces pertes sont fonction de la distance des
conduites entre le réservoir et le puits (D), de diamètre de la
conduite (dc) et du débit de la pompe (Q ) et s'expriment en
mètres d'eau. Le diamètre des conduites doit être
calculé afin que ces pertes de charge correspondent au plus à 10
% de la hauteur géométrique totale (voir section sur le
dimensionnement de la conduite d'eau).
? Niveau statique Ns : Le niveau statique d'un puits ou d'un
forage est la distance du sol à la surface de l'eau avant pompage.
? Niveau dynamique Nd : Le niveau dynamique d'un puits ou d'un
forage est la distance du sol à la surface de l'eau pour un pompage
à un débit donné. Pour le calcul de la HMT, le niveau
dynamique est calculé pour un débit moyen. La différence
entre le niveau dynamique et le niveau statique est appelée
rabattement.
? Rm : est le rabattement maximal acceptable avant de stopper la
pompe.
FigureIV.1 : Pompage d'eau au sein d'un puits
Donc la hauteur manométrique totale peut s'écrire :
Hmt = Hr + Nd + Pc
Hmt = Hr + Ns + Rm + Pc = HG + Pc
Avec HG la hauteur géométrique de pompage.
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Donc la hauteur manométrique totale décroit avec
le débit, du fait des pertes par frottements dans la pompe. La courbe
donnant cette hauteur manométrique totale en fonction du débit
est appelée « caractéristique de la pompe ».
Figure VI.2 : caractéristique H-Q d'une
pompe centrifuge. IV-3-3 Caractéristique du NPSH :
Le NPSH, en anglais « net positive suction head »
est simplement une mesure permettant de quantifier la hauteur
manométrique d'aspiration disponible pour éviter la vaporisation
au niveau le plus bas de la pression dans la pompe. Il est la différence
entre la pression du liquide à l'orifice d'aspiration Pa et la pression
correspondante de vapeur saturante P0.
NPSH = Pa - P0 en pascal.
Pour éviter une cavitation dans le corps de la pompe
qui peut provoquer son disfonctionnement, il faut que le NPSH disponible soit
supérieur à une valeur minimale qui est le NPSH requis ou
nécessaire donné par le constructeur de la pompe centrifuge. Pour
une pompe centrifuge en aspiration, on a :
|
NPSHdisponible = ????- ??0
??.??
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Hmt (en mètres ou mCE)
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Figure IV.3 : caractéristique NPSH-Q
d'une pompe centrifuge.
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