Qu’est-ce qu’une pompe à vide ?
Une pompe à vide est un dispositif permettant d’évacuer l’air d’un appareil ou d’un récipient et de créer un vide. Une pompe à vide se compose d’une pompe, d’un évent d’évacuation et d’un évent d’admission. De nombreux mécanismes ont été mis au point pour permettre aux pompes de créer un vide.
Le vide comprend le vide faible, le vide moyen et le vide poussé. La pompe à vide à utiliser doit être choisie de manière appropriée, en tenant compte du vide requis, du temps nécessaire pour atteindre le vide et de l’environnement de température dans lequel elle sera utilisée. Les pompes à vide peuvent être divisées en pompes sèches et pompes humides, selon qu’elles utilisent ou non de l’huile.
Utilisations des pompes à vide
Les pompes à vide sont utilisées dans les processus de fabrication d’équipements et de dispositifs médicaux, d’usines alimentaires, d’équipements électriques et de semi-conducteurs. Elles sont également utilisées comme auxiliaires dans les équipements médicaux et scientifiques nécessitant un vide. Plus de dix types différents de principes de pompes à vide ont été développés, et les caractéristiques de chacun d’entre eux doivent être comprises et sélectionnées de manière appropriée.
Les principales utilisations des pompes à vide sont les suivantes :
- Aspirateurs de salive pour les soins dentaires.
- Création de sections sous vide dans des flacons à vide.
- Création d’un environnement sous vide lors de l’utilisation de plasma dans les processus de semi-conducteurs.
- Collage de matériaux d’emballage alimentaire.
- Sources de vide pour les équipements scientifiques et de recherche (évaporateurs, filtration, sécheurs sous vide, dessiccateurs, etc.).
- Pompes à vide de grande capacité pour les équipements de production dans les usines.
Principe des pompes à vide
Les pompes à vide sont classées en fonction de leur principe de fonctionnement, et le principe de fonctionnement des plus courantes d’entre elles est décrit ci-dessous.
1. Pompes à vide rotatives à huile
Les pompes à vide rotatives à huile sont un terme générique pour les pompes humides qui utilisent de l’huile pour rendre la pompe étanche à l’air, l’action des rotors en rotation et d’autres pièces poussant l’air aspiré vers l’extérieur. Elles sont également appelées pompes à vide rotatives.
Les formes détaillées comprennent les pompes à vide à huile à lame rotative, les pompes à vide à huile rotatives à came et les pompes à vide à huile rotatives à piston oscillant. Les formes des pales du rotor, de la came, de la partie oscillante couplée au piston et de la partie en contact avec l’air diffèrent mais, dans tous les cas, un vide est créé en expulsant l’air lorsque le rotor tourne.
Tant que de l’huile est utilisée, la pression de vapeur de l’huile est la limite du vide. L’huile agit pour assurer des performances stables et un vide moyen peut facilement être obtenu avec un petit appareil.
2. Pompes à vide à diffusion d’huile
Les pompes à vide à diffusion d’huile se composent d’une chaudière, d’une buse à jet et d’un condenseur. L’huile chauffée à l’état de vapeur dans la chaudière est injectée à une vitesse supersonique par les buses à jet, ce qui pousse les molécules d’air à l’intérieur de la pompe vers l’orifice d’échappement. L’huile vaporisée devient liquide dans le condenseur et est réutilisée.
3. Pompes à vide sèches à palettes rotatives
Les pompes à vide sèches à palettes rotatives sont des pompes à vide sans huile dotées d’un rotor rotatif et d’ailettes qui évacuent l’air aspiré par l’orifice d’entrée en l’agitant. Comme il est impossible d’empêcher le reflux de l’air, les conditions de vide faible constituent la limite. Il est toutefois possible d’atteindre de grandes vitesses de pompage.
4. Pompes à vide sèches à piston oscillant
Les pompes à vide sèches à piston oscillant sont des pompes à vide qui utilisent un piston relié à un arbre rotatif excentrique pour expulser l’air. En raison de leur structure, elles ne peuvent pas empêcher l’air de refluer et sont donc limitées aux conditions de vide faible. En revanche, elles sont faciles à entretenir.
5. Pompes à vide sèches à membrane
Les pompes à membrane combinent le mouvement alternatif d’une membrane en caoutchouc, en résine ou en métal avec un clapet anti-retour pour transporter le fluide. Lorsqu’il est utilisé comme pompe à vide, le clapet anti-retour élimine la nécessité d’utiliser de l’huile pour l’étanchéité et permet d’utiliser la pompe comme une pompe sèche. Grâce à un mouvement alternatif, l’air est aspiré de manière répétée du côté à évacuer et rejeté dans l’atmosphère pour créer un vide.
6. Pompes à vide sèches à spirales
Les pompes à vide sèches à spirales aspirent l’air par une combinaison de mouvements du stator et du rotor en volute. Le mouvement de la volute attire l’air vers le centre et l’évacue par le centre.
7. Pompes turbomoléculaires
Les pompes turbomoléculaires sont des pompes à vide sèches qui se présentent sous la forme de turbines. Les pales de la turbine tournent à une vitesse élevée, proche du mouvement thermique des molécules. Elles évacuent l’air en créant un biais dans le mouvement moléculaire en fonction de l’inclinaison des pales de la turbine. Pour permettre aux aubes de la turbine de tourner à grande vitesse, la pompe doit être utilisée dans un certain degré de vide et est utilisée en combinaison avec d’autres pompes à vide.
Comment choisir une pompe à vide
Lors du choix d’une pompe à vide, le type de pompe est déterminé par le degré de vide atteint, le temps de pompage et la capacité de pompage. Les degrés de vide comprennent le vide faible, le vide moyen et le vide poussé, et il existe une pompe à vide adaptée à chacun d’entre eux.
1. Pompes à vide pour le vide faible
Pour les pompes à vide basses, il existe des pompes sèches à membrane, des pompes sèches à piston oscillant et des pompes sèches à lame rotative. Les pompes sèches à membrane n’ont pas de pièces coulissantes comme les pompes sèches à lame rotative, elles ne génèrent donc pas de particules dues à l’agitation et peuvent produire un vide propre. Les pompes à piston oscillant ont une structure simple et sont faciles à entretenir. Les pompes à palettes rotatives peuvent atteindre des vitesses de pompage élevées.
2. Pompes à vide pour vide moyen
Les pompes à spirales et les pompes à rotation d’huile sont disponibles pour les applications de vide moyen. De nombreux types de pompes à spirales utilisent une compression à deux étages pour garantir l’efficacité et sont peu vibrantes et peu bruyantes. Comme leur nom l’indique, les pompes à rotation d’huile sont lubrifiées et scellées avec de l’huile, ce qui se traduit par un rendement élevé et une bonne stabilité du vide.
3. Pompes à vide pour le vide poussé
Les pompes à vide pour le vide poussé comprennent les pompes à vide de type Roots (surpresseurs mécaniques), qui aspirent et compriment en faisant tourner deux rotors, les pompes à vide de type Roots multi-étagées, qui intègrent plusieurs pompes de type Roots, et les pompes à vide à diffusion d’huile, qui ont une structure simple et une vitesse de pompage élevée. De plus, il existe des pompes turbomoléculaires et des cryopompes pour ce que l’on appelle les applications à pompes à vide.
Comme il existe de nombreux types de pompes à vide, il est important de bien comprendre leurs caractéristiques et de choisir celle qui convient à l’application.
Comment utiliser les pompes à vide
Pour les équipements qui utilisent le vide, la pompe à vide est choisie en fonction du degré de vide atteint et du temps de pompage. Toutefois, la vitesse de pompage ralentit généralement à mesure que le niveau de vide augmente et certaines pompes à vide ne peuvent pas être utilisées dans des conditions de pression atmosphérique. Aussi, les pompes à vide sont parfois utilisées en combinaison plutôt que seules.
Par exemple, l’alternance entre les pompes à vide faible et à vitesse de pompage élevée et les pompes à vide élevé, ou leur utilisation conjointe ou simultanée, offre un certain degré de vitesse de pompage même en cas de vide poussé.
Un exemple concret consiste à utiliser une pompe à rotation d’huile pour obtenir un vide faible, puis à passer à une pompe mécanique de surpression pour obtenir un vide élevé.
Il est également possible de raccorder deux types de pompes à vide et d’intercaler une pompe pour le vide moyen et une pompe pour le vide faible, de manière à pouvoir utiliser une pompe pour le vide poussé même à la pression atmosphérique.
Autres informations sur les pompes à vide
L’huile dans les pompes à vide
Les pompes à vide rotatives fonctionnant à l’huile offrent des performances stables lorsqu’elles sont utilisées correctement. Cependant, la gestion de l’huile est importante. En raison de la nature du vide créé par l’aspiration des gaz, les impuretés, comme l’eau par exemple, présentes dans l’aspiration se mélangent inévitablement à l’huile. Ces impuretés dégradent les performances de l’huile.
La plupart des pompes à vide rotatives scellées à l’huile disposent d’une fonction appelée lestage de gaz, qui permet d’évaporer les composants volatils. Il est donc conseillé d’effectuer régulièrement un lestage de gaz.