Viscosité et densité : guide de l'utilisateur

 Photo : Beaucoup de gens pensent que tous les fluides se comportent comme l'eau dans une pompe (ici, de l'huile de colza), mais cette méconnaissance peut être à l'origine d'erreurs très coûteuses.
Viscosité et densité

Pourquoi la viscosité et la densité sont importantes pour les pompes ?

Parce que vous pourriez avoir besoin d'une pompe délivrant une pression de 10 bar, mais si vous ne tenez pas compte des propriétés du liquide pompé, il y a peu de chance que vous fassiez le bon choix.

« Si vous ne tenez pas compte des variations de viscosité et de densité entre liquides, vous risquez de vous retrouver avec une pompe trop puissante, trop chère à l'achat et en fonctionnement, et trop encombrante », explique Søren Mortensen, responsable application chez Grundfos. « Si la pompe est trop petite, vous ne pourrez pas faire circuler la quantité de liquide nécessaire. Et si le moteur est trop petit pour la charge, il brûlera ou le système de sécurité électrique coupera la pompe. »

Bon, d'accord, mais pouvez-vous nous rappeler ce que sont la « viscosité » et la « densité » ?

La viscosité mesure la consistance, plus ou moins épaisse, d'un liquide, tandis que la densité est une mesure de poids du liquide.

Plus un liquide est épais, plus il est difficile à pomper ?

Il est évident que la viscosité d'un fluide affecte son comportement dans une pompe, mais c'est assez complexe parce que la viscosité des fluides peut changer selon les conditions. Il existe quatre grands groupes de fluides, chaque groupe agissant d'une façon particulière malgré une viscosité spécifique.

Pour commencer, il y a les fluides comme l'eau, l'huile, l'alcool et le diluant à peinture. Avec ces fluides dits « newtoniens », peu importe à quelle vitesse ils se déplacent ou comment on les agite, ils s'écoulent toujours de la même manière.

Le deuxième type est le groupe des fluides rhéoépaississants, comme la crème et le beurre, dont la viscosité augmente avec l'agitation jusqu'à ce qu'ils deviennent presque solides. « Ils sont impossibles à pomper avec des pompes centrifuges standard, il faut prendre des mesures particulières pour les faire circuler », remarque Søren Mortensen.

Troisième catégorie, les fluides viscoplastiques possèdent une valeur seuil (le point de résistance) à dépasser avant de commencer à s'écouler. Au-delà de ce point, la viscosité diminue quand l'agitation augmente. « Le meilleur exemple de fluide viscoplastique est le ketchup », indique Søren Mortensen. « Rappelez-vous que vous devez secouer la bouteille pour que le ketchup commence à couler, mais une fois remué, il coule très facilement. »

Le quatrième groupe, les fluides thixotropes, est le plus difficile à expliquer... et à gérer avec les pompes. Les colles, les peintures qui ne coulent pas, les graisses, les composés à base de cellulose, les savons, les amidons et fécules, ainsi que le goudron, entrent dans cette catégorie. Ces fluides sont visqueux (épais) au repos, mais ils deviennent de moins en moins visqueux (plus fluides) au fil du temps grâce à une agitation constante.

En effet, c'est complexe. Mais alors, comment mesure-t-on la viscosité ?
 

Et bien, il y deux types de viscosité, dynamique et cinématique...


« Beaucoup de gens croient que tous les fluides se comportent comme l'eau dans une pompe. C'est une méconnaissance que l'on rencontre en permanence (95 %), et elle peut entraîner des erreurs très coûteuses.»

Søren Mortensen, responsable application, Grundfos - secteur industrie

Attendez, je ne vous suis plus... S'il n'y avait qu'une chose à retenir sur la viscosité au sujet des pompes, qu'est-ce que ce serait ?

La viscosité dite « cinématique » constitue un facteur physique réel qui a une influence sur les courbes des pompes, il est donc important de savoir ce dont il s'agit.

La viscosité cinématique est indiquée en centistokes (cSt) et se mesure en mm2/s. L'eau, par exemple, présente une viscosité faible avec 1 cSt à 20 °C, tandis que l'huile moteur possède une viscosité élevée avec plus de 500 cSt à la même température.

« Pour simplifier, la viscosité représente la résistance à l'écoulement, ce qui a des conséquences pour les pompes », précise Søren Mortensen. « Si vous avez affaire à un fluide à viscosité élevée, il colle et est beaucoup plus difficile à évacuer qu'un fluide à basse viscosité. C'est la même chose dans une pompe, qui dispose de roues pour déplacer le fluide. Si vous pompez des fluides comme l'huile de moteur, qui adhère à la surface de la roue, c'est un problème à prendre en compte. »

D'accord, ça, c'est la viscosité. Parlons un peu de la densité.

Des liquides différents peuvent avoir des densités (ou poids, mesurés en g/cm3 ou kg/m3) différentes, et la densité d'un fluide donné varie en fonction de la température.

Quand nous dimensionnons une pompe, nous sommes particulièrement attentifs à la hauteur manométrique, c'est-à-dire la hauteur en mètres à laquelle nous pouvons pomper un fluide donné avec une pression de 1 bar. Il faudra une pression plus élevée pour pomper les fluides lourds.

Comme on le voit sur la figure 1 ci-dessous, cela peut varier considérablement. L'eau salée (1.300 kg/m3) est beaucoup plus lourde (plus dense) que le gasoil (800 kg/m3), tandis que l'eau à 20°C (997 kg/m3) est plus lourde que l'eau à 95°C (960 kg/m3)

 figure
FIGURE : En pompant quatre liquides différents à 1 au refoulement de la pompe, on obtient quatre hauteurs manométriques (m) différentes, donc quatre points de consigne. Liquides représentés : A) eau salée à 20°C B) eau à 20°C, C) eau à 95°C, D) gasoil à 20°C.

Quelle est l'erreur la plus fréquente au sujet de la viscosité et de la densité en lien avec les pompes ?

« Beaucoup de gens croient que tous les fluides se comportent comme l'eau dans une pompe », indique Søren Mortensen, mais on voit bien que ce n'est pas le cas. C'est une méconnaissance que l'on rencontre en permanence, et elle peut entraîner des erreurs très coûteuses. »

Comment Grundfos peut m'aider à éviter ces problèmes ?

Rendez-vous sur le Grundfos Product Center, indiquez le fluide que vous devez pomper, et notre assistant Liquides va vous guider parmi les solutions pouvant traiter le liquide choisi. Faites le test !

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