Un variateur de fréquence est un dispositif qui régule la fréquence et la tension d’alimentation d’un moteur électrique et, par conséquent, sa vitesse de rotation. Amusement Logic applique ce type de dispositif aux pompes hydrauliques centrifuges liées aux piscines et aux attractions des parcs aquatiques. Pour comprendre leur fonctionnement, il faut connaître un certain nombre de définitions.
Résistance ou courbe caractéristique d’une ligne hydraulique
Il s’agit d’une représentation des besoins en énergie, en termes de hauteur de chute, pour chaque débit s’écoulant dans une conduite donnée. Il s’agit d’une relation quadratique croissante entre la hauteur de chute (H) et le débit (Q), puisque l’énergie varie avec le carré du débit. La fonction est de type parabolique, avec une expression comme suit :
Courbe caractéristique de résistance
Courbe d’entraînement d’une pompe hydraulique
Elle représente graphiquement la capacité d’une pompe à fournir un débit, en fonction de la pression pendant le fonctionnement de la pompe. Il s’agit d’une relation décroissante entre la hauteur de charge (H) et le débit (Q).
Courbe de conduite de la pompe
Point de fonctionnement de la pompe à eau
Il s’agit du point de coupure P (Q,H) entre la courbe caractéristique de résistance et la courbe de conduite de la pompe.
Point de fonctionnement d'une pompe
Nous sommes maintenant en mesure de comprendre l’effet des variateurs de fréquence sur les pompes hydrauliques et les avantages qu’ils offrent dans l’exploitation des parcs aquatiques. Nous allons voir ce qu’il en est :
Effets de la variation de la vitesse de rotation du moteur d’une pompe hydraulique
La courbe caractéristique de la pompe est unique pour chaque modèle et la variation de la vitesse du moteur génère une courbe d’entraînement parallèle. Une augmentation de la vitesse de rotation est représentée par une courbe d’entraînement parallèle H-Q au-dessus de la courbe d’origine. Une diminution de la vitesse de rotation est représentée par une courbe H-Q en dessous de la courbe d’origine. Par conséquent, lorsqu’un variateur de fréquence est appliqué à une pompe hydraulique, il n’y a pas seulement une courbe d’entraînement, mais un ensemble de courbes d’entraînement concentriques, chacune d’entre elles correspondant à une vitesse de moteur spécifique.
Cela permet à la même pompe hydraulique d’avoir plusieurs points de fonctionnement différents. Le graphique suivant montre l’ensemble des courbes d’entraînement d’une pompe pour différentes vitesses de rotation (où ω1 correspond à une vitesse de rotation plus élevée et ω4 à une vitesse plus faible), régulées par le variateur de fréquence.
Courbes d'entraînement des pompes pour différentes vitesses de rotation
Voyons maintenant les applications des variateurs de fréquence dans le cas particulier des installations des parcs aquatiques :
Application des variateurs de fréquence aux pompes de filtration des parcs aquatiques
Les pompes de filtration aspirent l’eau de la piscine ou du bac-tampon et la refoulent dans la piscine à travers le filtre. Lorsque le filtre est propre (représenté sur le graphique par la courbe caractéristique verte), le point de fonctionnement est Pa (pour Qa et Ha).
Cependant, au fur et à mesure que le filtre s’encrasse, la perte de charge qu’il génère est plus importante. Par conséquent, la courbe de conduite se déplace vers le haut (courbe rouge). Dans ce cas, la pompe hydraulique devra surmonter une perte de charge plus importante, de sorte que le débit qu’elle pompera sera plus faible, c’est-à-dire que le point de fonctionnement se déplacera vers la gauche, en position Pb (pour Qb, Hb). Après le nettoyage du filtre, le point de fonctionnement revient à la courbe initiale (courbe verte).
Points de fonctionnement avec un filtre propre et un filtre sale
Si nous utilisions un variateur de fréquence dans la situation décrite ci-dessus, où le filtre est sale, nous pourrions augmenter la vitesse de rotation du moteur de la pompe hydraulique pour maintenir le débit de filtration constant.
Points de fonctionnement d'une pompe avec variateur de fréquence
Dans ce cas, on passe de la courbe moteur ω2 à la courbe vitesse de rotation ω1, ce qui permet de pomper à une hauteur de chute plus élevée (Hb), avec le même débit de filtration (Qa=Qb).
Dans un autre cas, par exemple lorsque le parc aquatique est fermé, on peut réduire le débit de filtration (de Qa à Qb), puisqu’il n’est pas nécessaire, en l’absence de baigneurs, que la filtration soit aussi intense. Ainsi, si nous réduisons la vitesse de rotation du moteur de la pompe hydraulique avec le variateur de fréquence (ω2), nous réduirons également le débit d’impulsion (Qb).
Variation du débit de filtration
Par contre, si nous utilisons la pompe hydraulique pour la vidange des piscines, l’eau ne passe pas par le filtre, mais est détournée au préalable. Dans ce cas, la courbe du tuyau (courbe orange sur le graphique) sera différente de celle que nous avions lors de la filtration, puisqu’il n’y aura pas la perte de charge produite par le filtre, en plus du fait que le tracé du tuyau, sa longueur, ses diamètres et ses accessoires seront différents du premier.
Variation du point de fonctionnement lors de la vidange des piscines
Comme on peut le voir sur le graphique, on peut diminuer la vitesse de rotation du moteur de la pompe hydraulique (de ω1 à ω2) à l’aide du variateur de fréquence. Par conséquent, nous aurons un nouveau point de fonctionnement pour la vidange et le débit pompé sera inférieur au débit de filtration, ce qui peut être pratique pour éviter de surcharger le réseau d’égouts.
Autres utilisations des variateurs de fréquence dans les pompes hydrauliques des parcs aquatiques
-Les variateurs de fréquence dans les pompes hydrauliques permettent de régler le débit d’alimentation optimal pour les toboggans, les cascades, les rideaux d’eau, les spas et les éléments d’hydrothérapie.
-En même temps, ils permettent aux pompes de modifier la vitesse de rotation au moment du démarrage et de l’arrêt, de sorte que ces transitions sont douces et que le phénomène de coup de bélier est évité.
En résumé, les variateurs de fréquence permettent de modifier la vitesse de rotation des moteurs des pompes hydrauliques en fonction de leurs points de fonctionnement optimaux pour chaque fonction et chaque situation, prolongeant ainsi leur durée de vie utile et contribuant à l’efficacité énergétique.
Par Luis Llor, ingénieur hydraulique senior au sein du département d’architecture d’Amusement Logic.
