Pompe à vide

Sommaire

Les sortes de pompes à vide

Pompes classiques

Sur le marché il existe différentes sortes de pompe à vide telles que les pompes :

À anneau liquide.

(+)

supporte les mélanges de gaz et de liquide;
simple de conception et de prix abordable;
résiste bien à la corrosion;
évite l’utilisation de huile et par conséquent les vapeurs d’huile nocives.

(-)

consommation d’eau importante;
le mélange à la sortie de la pompe est contaminé;
la pression de vide est limitée à 30 mbar et se dégrade vite avec l’augmentation de température du fluide de l’anneau liquide.

Sèche à vis.

(+)

pas de liquide d’étanchéité;
basse pression de vide (< 1 mbar);
compact;
fiable;
…

(-)

prix élevé.

On trouve encore d’autres pompes sur le marché mais moins utilisée en stérilisation. Citons :


Pompe à palettes.	Pompe à crochet.

Probablement pour une question de coût, de résistance aux températures élevées (par le réglage du mélange de l’eau de l’anneau liquide et de la vapeur extraite) dans la pratique on retrouve souvent la pompe à vide à anneau liquide; c’est celle que l’on détaillera un peu plus ci-dessous.

Pompe à éjecteur

Ce type de pompe accompagne régulièrement les pompes classiques à anneau liquide afin de renforcer l’effet de vide qui dans ce type de pompe est sensible à la température du liquide de refroidissement.

Pompe à anneau liquide

Principe de l’anneau liquide

Lorsque la roue à aube est mise en rotation par le moteur électrique, les pales entrainent l’eau adoucie (alimentant directement l’anneau liquide de la pompe à vide) et la vapeur d’eau issue de la chambre de stérilisation. Sous l’action de la force centrifuge, le liquide, plus lourd, est plaqué sur la paroi interne du corps de pompe et forme un anneau liquide autour des pales et du moyeu. De part l’exentricité de la roue par rapport au corps de pompe, une zone en forme de croissant prend naissance autour du moyeu. Dans cette zone, la pression évolue progressivement. Au point de contact théorique entre l’anneau liquide et le moyeu, dans le sens de rotation, le volume compris entre deux pales augmente et crée ainsi une dépression en aspirant le gaz : c’est la “zone d’aspiration“. Ensuite le volume décroît progressivement dans la “zone de refoulement“. Ces deux zones, diamétralement opposées, sont mises en contact avec l’extérieur par l’intermédiaire des lumières d’aspiration et de refoulement situées dans les flasques latérales.

Le fonctionnement de la pompe est pratiquement isotherme car le liquide de l’anneau récupère et évacue les calories dues à la fois à la compression et à la température de la vapeur de stérilisation.

Influence de la tension de vapeur de l’anneau liquide

En technique de vide, la tension de vapeur de l’anneau liquide influence la qualité du vide obtenu. Plus la tension de vapeur (pression maximale à laquelle la vapeur du liquide considéré peut exister) est faible, plus poussé sera le vide. On notera que, dans des conditions de températures identiques, une pompe à vide à anneau liquide tel que de l’huile aura une meilleure performance que de l’eau.

Exemple.

Avec un anneau liquide constitué d’eau à 15°C, la tension de vapeur est de 17 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 25 mbar.
Avec un anneau liquide constitué d’éthylèneglycole à 80 °C, la tension de vapeur est de 1 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 10 mbar.

Influence de la température de l’anneau liquide

Au niveau de l’anneau liquide, plus la température d’un fluide tel que de l’eau est élevée plus sa tension de vapeur augmente et, par conséquent, diminue la qualité du vide obtenu :

Exemple.

Avec un anneau liquide constitué d’eau à 15°C, la tension de vapeur est de 17 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 25 mbar.
Avec un anneau liquide constitué d’eau à 35 °C, la tension de vapeur est de 57 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 70 mbar.

Les systèmes de récupération des effluents

Une grande partie de la vapeur produite par le générateur de vapeur est utilisée dans la chambre de stérilisation de l’autoclave et évacuée à l’égout via la pompe à vide sous forme de condensats et de vapeur. Ces effluents se mélangent à l’eau de l’anneau liquide.

Les consommations d’eau adoucie pour l’anneau liquide sont importantes afin de remplir plusieurs fonctions :

Assurer étanchéité de l’anneau et donc le niveau de vide (influencé par la température de l’eau et des condensats).
Évacuer les calories dues au travail de compression pur.
Refroidir la vapeur issue de la chambre de stérilisation.

On se rend vite compte que le mélange dans et à la sortie de la pompe à vide risque de monter rapidement en température sachant que la vapeur à l’admission de la pompe est encore au-dessus de 100°C. Pour préserver la pompe et éviter de rejeter à l’égout des effluents trop chauds, le constructeur de système de stérilisation a tendance à augmenter le débit d’eau adoucie et par conséquent les coûts dus à la consommation.

Dans la pratique plusieurs configurations se présentent au niveau du traitement des effluents :

Circuit sans recyclage

Schéma circuit sans recyclage.

Les condensats sont évacués dans un séparateur (séparation vapeur/liquide) puis à l’égout via le trop-plein sans aucune forme de récupération d’énergie. Afin de respecter les normes de rejet en terme de température, il est nécessaire d’avoir un volume tampon.

Circuit à recyclage partiel

Schéma circuit à recyclage partiel.

Une partie des condensats liquides sont renvoyés dans la pompe, l’appoint d’eau adoucie étant régulé en fonction de la température de la cuve. On réduit un peu la consommation d’eau adoucie mais on ne récupère aucune énergie.

Circuit à recyclage total

Schéma circuit à recyclage total.

A la sortie du séparateur, les condensats liquides traversent un échangeur de chaleur et se refroidissent. Ensuite, ils sont réinjectés dans la pompe. Le primaire de l’échangeur peut être par exemple une extension de la boucle d’eau glacée (souvent présente en stérilisation centrale).