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4. PRESSION ATMOSPHERIQUE ET ASPIRATION
L’aspiration est le procédé qui permet, en créant le vide dans les
tuyaux dits « aspiration »,de faire arriver l’eau à la pompe.
Ce phénomène dépend d’une notion physique importante : la pression atmosphérique.
Vous connaissez l’expérience de TORRICELLI :
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En retournant le tube rempli de mercure, sur une cuve contenant également du mercure, la colonne descend puis se stabilise à une hauteur de 760 mm.
Cette hauteur correspond à la pression atmosphérique
Pour l'eau : h = 10,33 m
Nous avons P = 1000 kg / m3
g = 9,81 m/s²
P tm = Pgh = 1000 x 9,81 x 10,33= 101300pa = 1,013 bar
Nous pouvons compléter l’expérience de TORRICELLI de la manière suivante :
par un mouvement brusque, on sépare le tube de la cuve.
Théoriquement, si l’on a pu conserver à l’intérieur du tube les 760 mm de mercure, notre
colonne
est immobile, la pression atmosphérique compensant les 760 mm de Hg.
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En réalité, on ne conserve que 750 mm de mercure, une partie de celui-ci restant dans la cuve. Dans ces conditions, la pression atmosphérique sera supérieure au 750 mm de Hg, et on aura la
surprise de voir la colonne de mercure remonter dans le tube : ceci s’explique par la présence du
vide au niveau supérieur du tube.
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Cette expérience est intéressante car on procède de la même façon pour faire arriver l’eau à la pompe.
L’amorceur a pour but de créer le vide dans les tuyaux d’aspiration : ensuite, grâce à la pression atmosphérique l’eau montera jusqu’à la pompe.
Mais en aucun cas, il ne faut croire que l’amorceur « aspire » l’eau. il crée le vide, sans plus.
3 éléments principaux interviennent dans l’aspiration :
| Hauteur | ||
| - la pression atmosphérique |  |
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Méteo | |
| - la qualité des tuyaux d’aspiration | ||
| - la qualité de l’amorceur |
Par la suite, nous verrons qu’à ces trois facteurs, s’ajoute celui
de la température de l’eau.
Au niveau de la mer, la pression atmosphérique moyenne est de 760 mm de mercure, soit 1013 millibars, soit 10,33 mètres d’eau.
La hauteur d’aspiration théorique d’une pompe serait donc de 10,33 m.
Comme nous venons de le voir, l’état des tuyaux, la qualité de l’amorceur, l’impossibilité d’obtenir un vide parfait, réduisent cette hauteur théorique au maximum de 9,50 mètres.
FACTEURS PHYSIQUES INTERVENANT SUR LA HAUTEUR D’ASPIRATION
1) l’altitude
On observe que la pression atmosphérique décroît au fur et à mesure que l’on s’élève.
La hauteur d’eau nécessaire pour équilibrer cette pression diminuera également.
On compte généralement 0,125 m de diminution de hauteur de la colonne d’eau pour 100 m d’altitude, avec pour incidence immédiate la diminution de la hauteur d’aspiration théorique de 0,125 m.
2) la pression atmosphérique
Ne varie pas seulement en fonction de l’altitude, mais aussi des conditions climatiques : sa diminution entraîne de même une diminution de la hauteur d’aspiration.
3) la température
Les liquides ont la propriété d’émettre des vapeurs qui créent une « tension de vapeur »
(pression) qui augmente avec la température.
Le point d’ébullition est caractérisé par une tension de vapeur égale à la pression atmosphérique , cas de l’eau à 100° C.
Cette tension de vapeur est en réalité une pression qui s’oppose à l’action de la pression atmosphérique.
La pression atmosphérique utilisable devient la différence entre la pression atmosphérique
réelle et la tension de vapeur.
EXEMPLE : à 50 ° C, la tension de vapeur
représente une pression de 1,3 m d’eau. La hauteur d’aspiration est diminuée
d’autant.
INFLUENCE DE
LA TEMPERATURE SUR LA HAUTEUR THEORIQUE D’ASPIRATION
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LEGENDE :
------------- perte de pression due à la tension de vapeur
- - - - - - - - pression utilisable (différence entre la pression atmosphérique et la pression de vapeur).
Il convient de se souvenir que la hauteur d’aspiration est directement liée à la pression atmosphérique utilisable. Il ne faudra pas commettre l’erreur de doubler son incidence, notamment en
la faisant intervenir directement et en utilisant la notion d’altitude.
EXERCEZ-VOUS
EXERCICE 1
Calculer la hauteur d'aspiration
théorique à 1.500 m d'altitude.
EXERCICE 2
Calculer la hauteur d'aspiration théorique à une pression atmosphérique de 980 millibars.
EXERCICE 3
Calculer la hauteur d'aspiration
théorique si la température de l'eau est de 20°C, puis 50°C,
à la
pression atmosphérique normale.
EXERCICE 4
Calculer la hauteur d'aspiration théorique si la pression atmosphérique mesurée au point d'eau est de 1013 m bar, ce point d'eau étant situé à 350 m d'altitude.
EXERCICE 5
Calculer la hauteur d'aspiration
théorique, sachant que la pression atmosphérique est de 1013
m bar
au niveau de la mer, le point d'eau étant situé à l'altitude
de + 300 m, l'eau étant à 20°C.
CORRECTION DES EXERCICES
EXERCICE 1
Diminution de la pression atmosphérique :
15 x 0,125 = 1,875 m
Ce qui correspond à : 10,33
m - 1,875 m = 8,455 m
hauteur d'aspiration théorique : 8,455 m
EXERCICE 2
On sait qu'à la pression atmosphérique normale (1013 millibars)
correspond une hauteur d'aspiration théorique de 10,33 m.
il suffit de procéder à une simple " règle de trois
"
980 x......xxx.........x
980 x 10,33
--------- = -------- = > --------------
1013 ....10,33 ..........1013
hauteur d'aspiration théorique
: 9,99 m ou 10 m
EXERCICE 3
A une température de 20°
C, la diminution de la hauteur théorique d'aspiration est de 0,236
m.
La hauteur théorique d'aspiration est de :
10,33 m - 0,236 = 10,094 m
Même raisonnement pour une température de 50° C, la diminution dans ce cas étant de 1,30 m.
10,33 m - 1,3 = 9,03 m
EXERCICE 4
C'était un piège. La pression atmosphérique étant normale au point d'eau, la hauteur théorique d'aspiration est de 10,33 m.
EXERCICE 5
Perte due à l'altitude
: 0,125 x 3 = 0,375 m
Perte due à la température : 0,236 m
Perte totale : 0,611 m
Pression atmosphérique utilisable
: 10,33 m - 0,611 = 9,719 m
d'où : hauteur théorique d'aspiration : 9,719 m
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