Une pompe à vide est un dispositif qui élimine les molécules de gaz ou les particules d’air d’un volume scellé afin d’obtenir une différence de pression créant un vide partiel. Les pompes à vide sont conçues dans une variété de technologies basées sur les exigences de pression et l’application à laquelle elles sont destinées. Lors de la mise en place d’un système de pompe à vide, le dimensionnement en fonction des paramètres corrects est crucial pour obtenir une efficacité optimale. C’est pour cela que pompe-a-eau.info vous propose son guide : Comment fonctionne une pompe à vide ?
Sommaire
Comment fonctionne une pompe à vide ?
Le vide est un espace dépourvu de matière où la pression gazeuse à l’intérieur de ce volume est inférieure à la pression atmosphérique. La fonction principale d’une pompe à vide est de modifier la pression dans un espace confiné pour créer un vide total ou partiel, de manière mécanique ou chimique. La pression essaiera toujours de s’égaliser entre les régions connectées car les molécules de gaz circulent du haut vers le bas pour remplir toute la surface de ce volume. Par conséquent, si un nouvel espace à basse pression est introduit, le gaz s’écoulera naturellement de la zone à haute pression vers la nouvelle zone à basse pression jusqu’à ce que leur pression soit égale. Notez que ce processus de vide n’est pas créé en « aspirant » les gaz mais en poussant les molécules. Les pompes à vide déplacent essentiellement les molécules de gaz d’une région à l’autre pour créer un vide en changeant les états de haute et de basse pression.
Les principales pièces d’une pompe à vide
Si nous prenons une pompe à vide standard qui ressemble à ce qui suit.
Nous avons le moteur électrique à l’arrière, le compresseur à l’avant, une poignée en haut et une base de support en bas. Nous avons ensuite une entrée qui se connecte au système pour retirer l’air du système et nous avons également l’échappement pour le disperser dans l’atmosphère. À l’avant de la section du compresseur, nous trouvons un voyant de niveau d’huile qui nous permet de connaître la quantité d’huile contenue dans la chambre ainsi que son état.
En démontant l’unité, nous pouvons voir qu’un ventilateur et un boîtier de protection sont montés à l’arrière du moteur. À l’intérieur du moteur, nous avons le stator avec les bobines. Concentrique à celui-ci, nous avons le rotor et l’arbre qui entraîne le compresseur. À l’avant, nous avons la chambre de compression. Il s’agit d’une version de compresseur à deux étages qui nous permet d’obtenir un vide plus profond et nous avons donc deux chambres de compression. À l’intérieur des chambres se trouvent les rotors du compresseur et les palettes qui évacuent l’air du système. Au sommet de la chambre de compression se trouve une valve à lames qui évacue l’air. Lorsque nous retirons le boîtier de protection du ventilateur, nous voyons que celui-ci est relié à l’arbre qui traverse la pompe. Le ventilateur est utilisé pour refroidir le moteur électrique et souffle de l’air ambiant sur le boîtier pour le dissiper. Les ailettes sur le boîtier augmentent la surface du boîtier, ce qui permet d’évacuer davantage de chaleur indésirable.
L’intérieur du moteur
À l’intérieur du moteur se trouve le stator, qui est constitué de bobines de cuivre. Lorsqu’un courant électrique circule dans les bobines de cuivre, il génère un champ magnétique. Le rotor est affecté par ce champ magnétique, ce qui l’oblige à tourner. Le rotor est relié à l’arbre et l’arbre s’étend sur toute la longueur de la pompe, du ventilateur au compresseur. Ainsi, lorsque le rotor tourne, le compresseur tourne également et c’est ce que nous utilisons pour créer l’effet de vide et évacuer l’air d’un système.
Il est à noter que lorsque nous pensons à un vide, nous pensons à une force d’aspiration, mais ce n’est pas le cas. Nous allons expliquer pourquoi plus loin.
L’intérieur du compresseur
Si nous regardons à l’intérieur du compresseur, nous pouvons voir que nous avons l’entrée, qui est connectée au système que nous évacuons. Nous avons ensuite la sortie et la valve à clapet qui évacue l’air et l’humidité qui sont extraits.
Au centre, nous avons le rotor de compression et la chambre de compression. Remarquez que le rotor est monté de manière excentrique à l’intérieur de la chambre, ce qui signifie qu’il n’est pas parfaitement central, c’est une caractéristique clé que nous verrons en détail ci-dessous. L’arbre est relié au rotor et le fait tourner.
À l’intérieur du rotor se trouvent deux ailettes à ressort. Les ressorts essaient toujours de pousser les palettes vers l’extérieur, mais elles sont maintenues en place par les parois de la chambre de compression. Les extrémités des palettes sont toujours en contact avec la paroi et une fine couche d’huile assure l’étanchéité entre les deux. Lorsque le rotor tourne, les ressorts continuent de pousser les ailettes vers l’extérieur afin qu’elles suivent le contour de la chambre de compression.
Lorsque la pompe démarre, le rotor va se déplacer sur l’entrée et exposer une zone à l’intérieur de la chambre de compression. Cette zone sera à une pression inférieure à la pression à l’intérieur du système ; l’air et l’humidité à l’intérieur du système de réfrigération vont donc se précipiter pour essayer de remplir cette zone vide.
Pourquoi cela se produit-il ?
La pression s’écoule toujours de la haute vers la basse, donc si nous connectons par exemple deux ballons de pression différente, les gaz se déplaceront du côté haute pression vers le côté basse pression jusqu’à ce que les deux soient de pression égale. Le côté basse pression est un vide, mais il n’aspire pas les gaz, le côté haute pression les pousse vers l’intérieur. C’est l’effet du vide. Les gaz veulent s’égaliser et s’écouleront d’une haute pression vers une basse pression. Nous utilisons donc une pompe à vide pour créer une zone de basse pression afin que les gaz indésirables à l’intérieur d’un système de réfrigération se précipitent vers l’extérieur.
C’est pourquoi nous utilisons une pompe à vide pour créer une zone de basse pression afin que les gaz indésirables à l’intérieur d’un système de réfrigération se précipitent hors du système pour essayer de remplir cette zone de basse pression.
Dans notre scénario, le tuyau de raccordement et la nouvelle zone de basse pression dans la chambre de compression deviennent une extension du système de réfrigération, de sorte que les gaz du système vont se précipiter pour remplir cette zone et essayer de rendre la pression entre les deux égale. Cependant, c’est un piège, car lorsque le rotor continue de tourner, la deuxième ailette s’introduit et piège ce volume de gaz dans la chambre entre les deux ailettes. L’autre ailette passe à travers l’entrée et crée une autre zone de basse pression, de sorte que davantage de gaz s’engouffre pour remplir ce vide, encore et encore. Lorsque le compresseur tourne, le volume de la chambre va commencer à diminuer, c’est pourquoi le rotor n’est pas parfaitement centré afin de pouvoir faire varier le volume des gaz piégés. Cette diminution du volume va comprimer les gaz dans un espace plus étroit, ce qui va augmenter la pression et la température.
Où sont-elles connectées ?
Sur un système de climatisation typique, ces pompes à vide sont connectées via un collecteur sur les côtés haute et basse pression du système. Une meilleure façon de procéder est de retirer le collecteur et de connecter la pompe à vide à la ligne d’aspiration avec un manomètre connecté à la ligne de liquide, car c’est le point le plus éloigné du système, ce qui permet d’obtenir une lecture exacte.
Les bases des pompes à vide
Au fur et à mesure que des molécules sont retirées de l’espace sous vide, il devient exponentiellement plus difficile d’en retirer d’autres, ce qui augmente la puissance de vide requise. Les plages de pression sont réparties en plusieurs groupes :
- Vide brut/faible : 1000 à 1 mbar
- Vide fin/moyen : 1 à 10-3 mbar
- Vide élevé : 10-3 à 10-7 mbar
- Ultravide : 10-7 à 10-11 mbar
- Vide extrêmement poussé : < 10-11 mbar
Les pompes à vide sont classées en fonction de la plage de pression qu’elles peuvent atteindre afin de mieux distinguer leurs capacités. Ces classifications sont les suivantes :
- Les pompes primaires (Backing) qui gèrent les plages de pression de vide grossier et de vide faible.
- Les pompes de surpression gèrent les gammes de pressions basses et moyennes.
- Les pompes secondaires (à vide élevé) gèrent les plages de pression de vide élevé, très élevé et ultra élevé.
En fonction des exigences de pression et de l’application, les technologies des pompes à vide sont considérées comme humides ou sèches. Les pompes humides utilisent de l’huile ou de l’eau pour la lubrification et l’étanchéité, tandis que les pompes sèches n’ont aucun fluide dans l’espace entre les mécanismes rotatifs ou les pièces statiques qui servent à isoler et à comprimer les molécules de gaz. Sans lubrification, les pompes sèches ont des tolérances très étroites pour fonctionner efficacement sans usure. Examinons quelques-unes des méthodes utilisées dans une pompe à vide.
Conclusion
Comme vous pouvez le constater, la détermination de la pompe à vide dont vous avez besoin pour votre processus d’élimination des gaz dépend de nombreux facteurs. Ceux-ci comprennent les plages de pression et de vitesse de pompage, le débit, l’application du type de gaz, la taille du volume, la durée de vie et l’emplacement de votre système. Il s’agit d’une tâche ardue qui peut prendre du temps et s’avérer coûteuse si elle n’est pas choisie correctement. Toute l’équipe de pompe-a-eau.info reste à votre disposition dans l’espace commentaire du blog.
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