Pompes à vide : Types, applications et fonctionnement

Une pompe à vide est un dispositif qui élimine les molécules de gaz d'une chambre ou d'un conteneur scellé, créant ainsi un vide partiel ou complet. Les pompes à vide sont largement utilisées dans divers secteurs industriels et domaines de recherche, tels que l'aérospatiale, l'électronique, la métallurgie, la chimie, la médecine et la biotechnologie. Les pompes à vide peuvent également être utilisées pour des applications telles que l'emballage sous vide, le formage sous vide, le revêtement sous vide, le séchage sous vide et la filtration sous vide.

Dans cet article, nous expliquerons ce qu'est une pompe à vide, comment elle fonctionne, quels sont ses principaux caractéristiques et types, et quelles sont certaines de ses applications courantes.

Qu'est-ce qu'une pompe à vide?

Une pompe à vide est définie comme un dispositif qui réduit la pression à l'intérieur d'une chambre ou d'un conteneur en éliminant les molécules de gaz. Le degré de vide atteint par une pompe à vide dépend de plusieurs facteurs, tels que la conception de la pompe, le type de gaz pompé, le volume de la chambre, la température du gaz et le taux de fuite du système.

La première pompe à vide a été inventée par Otto von Guericke en 1650. Il a démontré son dispositif en utilisant deux hémisphères évacués par sa pompe puis assemblés ensemble. Il a montré que même des équipes de chevaux ne pouvaient pas les séparer en raison de la pression atmosphérique qui s'exerçait sur eux. Plus tard, Robert Boyle et Robert Hooke ont amélioré la conception de Guericke et mené des expériences sur les propriétés du vide.

Quelles sont les principales caractéristiques d'une pompe à vide?

Il existe trois principales caractéristiques qui caractérisent une pompe à vide :

• Pression d'évacuation

• Degré de vide

• Débit de pompage

Pression d'évacuation

La pression d'évacuation est la pression mesurée à la sortie de la pompe. Elle peut être égale ou inférieure à la pression atmosphérique. Différentes pompes à vide sont conçues pour différentes pressions d'évacuation. Normalement, les pompes destinées à créer un haut vide ont une faible pression d'évacuation. Par exemple, pour créer un très haut vide de 10-4 ou 10-7 Torr (une unité de pression), une très faible pression d'évacuation de la pompe est requise.

Certaines pompes à haut vide nécessitent une pompe de soutien pour maintenir une faible pression d'évacuation avant qu'elles puissent fonctionner. La pompe de soutien peut être un autre type de pompe à vide ou un compresseur. La pression créée par la pompe de soutien est appelée pression de soutien ou pression avant.

Degré de vide

Le degré de vide est la pression minimale qui peut être créée par une pompe à vide à l'intérieur d'une chambre ou d'un conteneur. Il est également connu sous le nom de pression ultime ou pression de base. Théoriquement, il est impossible de créer un vide absolu (pression nulle) à l'intérieur d'une chambre, mais pratiquement, il est possible de créer une très faible pression d'environ 10-13 Torr ou moins.

Le degré de vide atteint par une pompe à vide dépend de plusieurs facteurs, tels que la conception de la pompe, le type de gaz pompé, le volume de la chambre, la température du gaz et le taux de fuite du système.

Débit de pompage

Le débit de pompage est défini comme le taux auquel une pompe peut éliminer les molécules de gaz d'une chambre ou d'un conteneur à une pression donnée. Il est mesuré en unités de volume par temps, tels que litres par seconde (L/s), pieds cubes par minute (CFM) ou mètres cubes par heure (m3/h). Le débit de pompage est également connu sous le nom de capacité d'aspiration ou de débit.

Le débit de pompage dépend de plusieurs facteurs, tels que la conception de la pompe, le type de gaz pompé, la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la pompe, et la conductance du système.

Quels sont les types de pompes à vide?

Il existe de nombreux types de pompes à vide disponibles sur le marché. Elles peuvent être classées en deux catégories principales : les pompes à déplacement positif et les pompes cinétiques.

Pompes à déplacement positif

Les pompes à déplacement positif fonctionnent en piégeant un volume fixe de gaz à l'entrée, puis en le comprimant à une pression plus élevée à la sortie. Elles peuvent créer des vides bas à moyens (jusqu'à 10-3 Torr). Voici quelques exemples de pompes à déplacement positif :

• Pompes à palettes rotatives

• Pompes à pistons

• Pompes à membrane

• Pompes à vis

• Pompes à spirales

• Soufflantes Roots

Pompes à palettes rotatives

Les pompes à palettes rotatives sont l'un des types les plus courants de pompes à déplacement positif.

Elles sont composées d'un rotor cylindrique avec des palettes radiales qui glissent à l'intérieur et à l'extérieur alors que le rotor tourne à l'intérieur d'un stator. Les palettes divisent l'espace entre le rotor et le stator en chambres dont le volume change lorsqu'elles se déplacent de l'entrée à la sortie. Lorsqu'une chambre se déplace de l'entrée à la sortie, elle piège le gaz à basse pression, puis le compresse à haute pression avant de le libérer à la sortie.

Les pompes à palettes rotatives peuvent être soit à joint d'huile, soit sèches.

Les pompes à palettes rotatives à joint d'huile utilisent de l'huile comme lubrifiant et joint entre les palettes et le stator. L'huile aide également à refroidir et à éliminer certaines molécules de gaz du système. Les pompes à palettes rotatives sèches n'utilisent pas d'huile mais s'appuient sur d'autres matériaux ou revêtements pour réduire le frottement et l'usure entre les palettes et le stator.

Les pompes à palettes rotatives peuvent créer des vides jusqu'à 10-3 Torr avec des débits de pompage allant de 0,5 à 1000 L/s.

Pompes à pistons

Les pompes à pistons sont un autre type de pompe à déplacement positif qui utilisent un ou plusieurs pistons pour comprimer le gaz à l'intérieur de cylindres. Les pistons se déplacent d'avant en arrière à l'intérieur de cylindres dotés de soupapes aux deux extrémités pour contrôler le flux de gaz. Lorsqu'un piston avance, il pousse le gaz hors d'une extrémité de son cylindre tout en aspirant du gaz par l'autre extrémité via une soupape d'entrée. Lorsqu'il recule, il ferme sa soupape d'entrée tout en ouvrant sa soupape de sortie pour libérer le gaz comprimé.

Les pompes à pistons peuvent être à simple étage ou à plusieurs étages. Les pompes à pistons à simple étage n'ont qu'un seul cylindre par piston, tandis que les pompes à pistons à plusieurs étages ont deux ou plusieurs cylindres connectés en série par piston. Les pompes à pistons à plusieurs étages peuvent créer des vides plus élevés que les pompes à pistons à simple étage en compressant le gaz plusieurs fois avant de le libérer.

Les pompes à pistons peuvent créer des vides jusqu'à 10-3 Torr avec des débits de pompage allant de 1 à 1000 L/s.

Pompes à membrane

Les pompes à membrane sont un autre type de pompe à déplacement positif qui utilisent des membranes flexibles pour comprimer le gaz à l'intérieur de chambres. Les membranes sont attachées à des tiges qui se déplacent d'avant en arrière grâce à un moteur électrique ou un excentrique. Lorsqu'une membrane avance, elle pousse le gaz hors de sa chambre via une soupape de sortie tout en aspirant du gaz depuis une autre chambre via une soupape d'entrée. Lorsqu'elle recule, elle ferme sa soupape de sortie tout en ouvrant sa soupape d'entrée pour permettre le flux de gaz.

Les pompes à membrane sont des pompes sèches qui n'utilisent pas d'huile ou d'autres fluides comme lubrifiants ou joints. Elles sont adaptées pour pomper des gaz corrosifs, inflammables ou sensibles qui ne peuvent pas être contaminés par l'huile. Elles peuvent également fonctionner dans n'importe quelle orientation sans affecter leur performance.

Les pompes à membrane peuvent créer des vides jusqu'à 10-3 Torr avec des débits de pompage allant de 0,1 à 100 L/s.

Pompes à vis

Les pompes à vis sont un autre type de pompe à déplacement positif qui utilisent deux vis engrenées pour comprimer le gaz à l'intérieur de chambres. Les vis tournent en sens inverse à l'intérieur de logements cylindriques dotés de ports d'entrée et de sortie aux deux extrémités. Lorsque les vis tournent, elles déplacent le gaz le long de leurs filets de l'entrée à la sortie tout en réduisant son volume et en augmentant sa pression.

Les pompes à vis peuvent être à joint d'huile ou sèches. Les pompes à vis à joint d'huile utilisent de l'huile comme lubrifiant et joint entre les vis et les logements. L'huile aide également à refroidir et à éliminer certaines molécules de gaz du système. Les pompes à vis sèches n'utilisent pas d'huile mais s'appuient sur d'autres matériaux ou revêtements pour réduire le frottement et l'usure entre les vis et les logements.