Qu'est-ce qu'une pompe à membrane ?
Une pompe à membrane est un type de pompe volumétrique qui utilise une membrane flexible (diaphragme) comme élément principal de pompage pour déplacer et pressuriser un fluide. Les pompes à membrane sont utilisées pour des applications à basse pression et faible débit, et peuvent être employées pour pomper divers gaz, liquides et boues.
Pompe à membrane
Bon à savoir – la pompe à membrane tire son nom du diaphragme qu'elle utilise pour pomper le fluide. Les pompes sont souvent nommées d'après la partie de la pompe qui provoque l'action de pompage, par exemple pompe à engrenages, pompe à piston, etc.; il en va de même pour les vannes, qui sont généralement nommées d'après le disque utilisé pour ouvrir et fermer la vanne, par exemple vanne à bille, vanne à guillotine, etc.
Quelles sont les principales parties d'une pompe à membrane ?
Une pompe à membrane est composée de relativement peu de pièces principales, qui sont :
- Vannes anti-retour (aspiration et refoulement)
- Chambre de pompage
- Diaphragme
- Collecteur d'aspiration
- Collecteur de refoulement
Pièces de la pompe à membrane
Les pompes à membrane sont généralement pneumatiques, mais peuvent également être électriques ou mécaniques. Les pompes électriques nécessitent des moteurs électriques tandis que les pompes pneumatiques nécessitent une vanne de distribution d'air. Cet article se concentre sur les pompes à membrane actionnées par air car elles sont les plus courantes.
Bon à savoir – les vannes 'anti-retour' sont également connues sous les noms de 'clapet', 'unidirectionnelle', 'reflux', 'pied' et 'retenue', mais tous ces termes signifient la même chose !
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Comment fonctionne une pompe à membrane ?
Les pompes à membrane nécessitent de l'air comprimé, un courant électrique ou un mouvement mécanique pour fonctionner ; l'exemple suivant suppose que l'air comprimé est utilisé car c'est le moyen le plus courant pour faire fonctionner une pompe à membrane. Il est possible d'avoir une pompe à simple ou double membrane, mais la pompe à double membrane est beaucoup plus courante en raison de son efficacité supérieure (résultat de son mouvement double effet).
Animation du fonctionnement de la pompe à membrane
Bon à savoir – les pompes à double effet évacuent le fluide tout en se déplaçant dans deux directions (bidirectionnel). Les pompes à simple effet évacuent le fluide tout en se déplaçant dans une seule direction (unidirectionnel). Les pistons hydrauliques et les vérins pneumatiques utilisent souvent un design à simple ou double effet.
Pompes à simple et double effet
Fonctionnement de la pompe à membrane
L'air comprimé (généralement à une pression de 6-7 bar/87-101psi) est connecté à une pompe à double membrane via des tuyaux ou des conduites. Un piston pneumatique (distributeur d'air) délivre de l'air comprimé dans l'espace derrière l'un des diaphragmes tandis que l'air est simultanément évacué de l'autre ; cela est possible car les deux diaphragmes sont montés sur un arbre commun, c'est-à-dire que lorsque l'un se déplace, l'autre aussi. L'air évacué est généralement rejeté à travers un silencieux pour rendre le fonctionnement de la pompe plus silencieux et éliminer un jet d'air à haute pression étant évacué de manière intermittente de la pompe.
Si l'air est évacué, le diaphragme affecté se contracte et prend une forme concave. Si l'air est fourni, le diaphragme affecté s'étend et prend une forme convexe. À mesure que le diaphragme change de forme, une pression positive (forme convexe) ou pression négative (forme concave) est créée dans la chambre de pompage. Le fluide est aspiré ou évacué de la pompe en raison des différences de pression créées dans les chambres de pompage. Des vannes anti-retour sont utilisées pour garantir que le flux à travers la pompe ne se produit que dans une seule direction.
Fonctionnement de la pompe à membrane
Matériaux de construction de la pompe à membrane
Le carter de la pompe est souvent fabriqué en aluminium ou en un matériau à base de polymère tel que le PTFE ; l'aluminium rend la pompe légère tandis que les matériaux polymères rendent la pompe résistante à la corrosion.
Les diaphragmes peuvent être fabriqués en caoutchouc, élastomère thermoplastique (TPE) ou polytétrafluoroéthylène (PTFE).
Avantages et inconvénients de la pompe à membrane
Les pompes à membrane sont très polyvalentes et sont donc utilisées dans de nombreuses industries pour de nombreuses applications ; elles sont :
- Bien adaptées pour fonctionner dans des environnements corrosifs ou pomper des fluides corrosifs, car leurs pièces peuvent être choisies pour être résistantes à la corrosion.
- Peuvent être fabriquées pour être intrinsèquement sûres, c'est-à-dire que la pompe n'est pas une source d'inflammation lorsqu'elle est placée dans un environnement explosif ou inflammable.
- Peuvent fonctionner même si elles sont partiellement ou totalement immergées (à condition que l'échappement d'air soit au-dessus de la surface du liquide immergeant).
- Sont auto-amorçantes (les pompes volumétriques sont auto-amorçantes, donc les pompes à membrane le sont aussi).
- En raison de leur taille, ces pompes sont légères et portables.
- Contiennent peu de pièces et nécessitent peu d'entretien.
Bon à savoir – le terme 'auto-amorçante' signifie qu'une pompe a la capacité de pomper de l'air.
Annotations du modèle 3D
Vanne anti-retour
Les vannes anti-retour permettent le flux dans une seule direction. Lorsque le diaphragme se déplace, la pression créée à l'intérieur du carter soulèvera la bille de son siège et permettra le flux, ou, pressera la bille contre son siège et arrêtera le flux. L'effet du diaphragme sur chaque vanne dépend de l'orientation de la vanne anti-retour (la vanne anti-retour supérieure fonctionne dans le sens inverse de la vanne anti-retour inférieure).
Vanne anti-retour à clapet
Aspiration
Le fluide entre dans la pompe par cette connexion. Les pompes à membrane sont des pompes volumétriques ; elles peuvent donc pomper du gaz, du liquide ou de la vapeur.
Refoulement
Le fluide est évacué de la pompe par cette connexion.
Membrane du diaphragme
Le diaphragme est actionné via un piston pneumatique. Lorsque la pression pneumatique est appliquée d'un côté du piston, le diaphragme prend une forme concave. Lorsque la pression pneumatique est appliquée de l'autre côté du piston, le diaphragme prend une forme convexe. À mesure que le diaphragme change de forme, une pression positive (convexe) ou négative (concave) est créée entre les deux vannes anti-retour ; le fluide est aspiré ou évacué de la pompe en raison de la différence de pression créée. Les membranes de diaphragme sont généralement construites en matériau caoutchouc épais.
Vannes pneumatiques
Les vannes pneumatiques à l'intérieur du carter de la pompe à membrane distribuent l'air de chaque côté du piston. À mesure que l'air est distribué de chaque côté du piston, la direction du piston change, et ainsi la forme du diaphragme (convexe à concave, etc.).
Ressources supplémentaires
https://www.tacmina.com/learn/basics/01.html
https://www.verderliquids.com/us/en/pumps-by-principle/diaphragm-pump/how-do-diaphragm-pumps-work