Choisir la pompe à vide

Généralités

On rencontre généralement la pompe à vide à anneau liquide au niveau du process de stérilisation; ce type de pompe créant un vide suffisant pour l’application.

Le dimensionnement de la pompe s’effectuera nécessairement en fonction du niveau de vide. Le niveau de vide est gouverné par la limite de cavitation de la pompe, elle même conditionnée par la pression de vapeur au niveau de l’anneau liquide (type et température du liquide de refroidissement formant l’anneau liquide).

Afin d’éviter un surdimensionnement de la pompe à vide, les constructeurs recommandent d’accroître la capacité de la pompe en terme de débit (à pression de vide nominale) plutôt que de chercher à dimensionner la pompe avec un facteur de sécurité sur la pression de succion.

Les paramètres du système de vide (cuve de stérilisation, conduites, vannes, …) qui influencent le débit d’entrée de la pompe à vide sont:

• le débit volumique nécessaire au système (débit à l’entrée de la pompe);
• le volume du système où le vide est créé;
• le débit massique d’air de fuite;
• les débits massiques de vapeur et de condensats réels utilisés lors d’un cycle de stérilisation;
• le temps d’évacuation requis pendant un cycle.

Le temps d’évacuation est le paramètre important dans les process discontinus comme un cycle de stérilisation.

Influence du liquide de refroidissement

Dans le cas de la stérilisation, le liquide de refroidissement formant l’anneau liquide, et par conséquent l’étanchéité entre les ailettes de la roue à aube (ou niveau de vide), est en général de l’eau. La température de ce liquide de refroidissement influence fortement le niveau de vide. En effet, dans l’ouie d’aspiration, la basse pression régnant, le liquide de refroidissement a tendance à s’évaporer et à augmenter la pression partielle de vapeur au niveau de la cellule cloîtrée entre deux ailettes et l’anneau liquide. Il en résulte que plus la température du liquide de refroidissement est élevée, plus il aura tendance à s’évaporer et, par conséquent, le niveau de vide et de débit d’aspiration diminuera.

Le choix de l’eau comme liquide de refroidissement va de soi avec l’utilisation de vapeur comme moyen de stérilisation. Il va sans dire que la gestion de la température de l’eau de refroidissement sera un élément primordial dans la performance énergétique du système de vide.

Influence du gaz à aspirer

Les performances de la pompe à vide, notamment au niveau de la cavitation, dépendant de la capacité du gaz à aspirer à condenser ou pas. Le cas de la vapeur d’eau est intéressant puisqu’elle possède cette qualité.

L’interaction entre la vapeur et le liquide de refroidissement est forte :

• D’une part, la vapeur se condense au contact de l’eau de l’anneau liquide en renforçant l’effet de vide (la pression partielle de vapeur diminue), c’est l’effet de “condensation”.
• D’autres parts, l’eau de l’anneau liquide tend à se vaporiser et à diminuer l’effet, d’où la nécessité de contrôler la température de l’anneau liquide.

Il arrive que les fabricants placent des échangeurs avant la pompe à vide afin de condenser la vapeur et de renforcer l’effet de vide dans la pompe à anneau liquide.

Choix d’un éjecteur

Pour renforcer l’effet de vide à l’entrée de la pompe à vide, certains fabricants propose de placer un éjecteur (venturi). Ce système permet de dimensionner la pompe à sa valeur nominale de vide nécessaire pour la stérilisation tout en renforçant le vide par une pièce statique.

Choix du moteur électrique

Le dimensionnement de la pompe à vide influence naturellement celui du moteur électrique d’entraînement. Tenir compte en priorité d’un facteur de sécurité sur le niveau de vide plutôt que sur le débit d’aspiration risque de surdimensionner la pompe à vide et par conséquent le moteur électrique; on sera alors doublement pénalisé au niveau de l’investissement.

Le choix du mode de gestion de l’alimentation en eau de l’anneau liquide influence le niveau de vide. En effet, la température de l’anneau liquide conditionnant le niveau de vide, l’utilisateur sera tenté de le refroidir avec des grandes quantité d’eau adoucie entraînant une envolée importante de la consommation.

Plusieurs modes de gestion du refroidissement de l’eau de l’anneau liquide sont disponibles sur le marché. À l’heure actuelle, la plupart des constructeurs proposent des solutions où les consommations sont réduites de manière draconienne.

Il est intéressant à ce sujet de comparer plusieurs solutions que propose un constructeur de pompe à vide :

• circuit ouvert,
• circuit semi-fermé,
• circuit fermé.

Circuit ouvert

Ce circuit était classiquement installé en standard sur l’ancienne génération de stérilisation.

Le constructeur annonce des débits moyens de 216 [litres/heure]. Si le choix de l’utilisateur se porte sur ce type de circuit, il doit s’attendre à couvrir des consommations d’eau importante. Si malgré tout vous optez pour ce type d’installation, pour limiter les consommations excessives, il sera nécessaire:

• de prévoir un compteur d’eau au départ afin de s’assurer qu’il ne s’installe pas une dérive de la consommation au cours du temps par rapport au réglage initial;

• d’exiger un réglage de la part d’un technicien qualifié en pompe à vide avant la “mise à feu” de l’installation de stérilisation;
• de prévoir, dans le cadre du contrat d’entretien, l’optimisation régulière du réglage du débit d’eau.

Circuit semi-ouvert

Ce type de circuit est de plus en plus proposé en standard par les constructeurs qui, pour la plupart ont compris l’enjeu énergétique et environnemental.

L’évaluation théorique de ce système donne une réduction de l’ordre de 30 %

• de la consommation d’eau de refroidissement,
• des pertes d’énergie par rejet à l’égout.

Même dans ce cas, il sera nécessaire de :

• Otpimiser le débit à la mise en route de l’installation par un technicien compétant.
• Contrôler régulièrement la consommation d’eau dans le cadre du contrat d’entretien afin d’éviter toute dérive.

Circuit fermé

Dans les services de Stérilisation Centrale il y a souvent de la climatisation. Une prolongation de la boucle d’eau glacée et un investissement limité dans une petite régulation autonome permettrait d’y brancher une installation de pompe à vide à anneau liquide en circuit fermé. Ce système permettrait de ne pratiquement plus consommer d’eau adoucie.

L’évaluation théorique de ce système donne une réduction de l’appoint d’eau de l’anneau liquide de la pompe à vide élevée. Il est risqué de donner une valeur précise de réduction sachant que les cycles de fonctionnement de la pompe à vide sont particulièrement fluctuants en température. En effet :

• En début de phase de prise de vide, les températures risquent d’être élevées. À cet instant, le risque que l’échangeur ne soit suffisant est présent; ce qui signifie qu’il faut un appoint d’eau brute.
• En fin de phase, les températures redeviennent normales puisqu’il n’y a pratiquement plus de vapeur ni de condensats à évacuer (l’échangeur suffisant à refroidir l’eau de l’anneau liquide).

Certains constructeurs annoncent 75 % de réduction de consommation d’eau.

Ces deux alternatives existent. En général, les constructeurs proposent de placer une pompe à vide à proximité de chaque stérilisateur et, par conséquent, de préférer la configuration locale.

Si on ne dispose pas d’un local technique à proximité de la stérilisation centrale, il va de soit que la configuration locale s’impose.
Cependant on sera attentif aux avantages et inconvénients suivants :

Si on dispose d’un local technique à proximité de la stérilisation centrale, on étudiera la possibilité de regrouper l’installation de vide dans cet espace en restant attentif aux avantages et inconvénients suivants :