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Auteur(s)
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Jean LECLERC : Ingénieur de l’École supérieure de chimie industrielle de Lyon - Docteur 3 cycle chimie minérale et structurale - Consultant
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Les techniques d’élaboration de produits et de matériaux qui font appel au « vide » sont de plus en plus nombreuses. Ces techniques (comme la distillation sous vide ou la fabrication des tubes de télévision), sorties des laboratoires depuis longtemps, utilisent les basses pressions (terme plus exact que le terme vide qui engendre toujours des difficultés de compréhension entre utilisateurs et constructeurs) car le domaine couvre treize décades de l’atmosphère (103 hPa à 10 −10 hPa). Comme dans tous les domaines industriels, la course au rendement et à l’efficacité de la production a généré des besoins en pompes à vide de plus en plus spécifiques. Les volumes à pomper, les pressions à obtenir pour le bon déroulement des procédés, les débits-volumes des pompes nécessaires à la bonne marche des installations ont amené les constructeurs à améliorer les pompes existantes et à concevoir de nouvelles pompes. Les problèmes posés par l’environnement (rejets) et la qualité des produits (pollution) ont aussi nécessité la création de nouvelles machines dans lesquelles il a fallu prendre en compte les rendements énergétiques toujours marginalisés dans les recherches de laboratoire, ainsi que les problèmes de maintenance, de sûreté et de sécurité. La très grande variété des applications parmi les nombreux utilisateurs engendre un esprit et une culture du « vide » que les fournisseurs ont quelquefois du mal à saisir. Cela fait que chaque système de pompage doit être personnalisé et les pompes à utiliser choisies avec pertinence. Les notions de vide propre et de pompage dit sec nécessitent encore beaucoup d’explication auprès des utilisateurs. Il est impossible d’énoncer ici la multitude des cas d’application et leurs solutions. De plus, les gains obtenus par les nouvelles technologies ne sont pas toujours économiquement chiffrables lors d’une étude théorique.
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Machines hydrauliques, aérodynamiques et thermiques
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5. Aspects énergétiques de la mise en vide
Dans une pompe à vide volumétrique (compression par réduction de volume), on décrit un cycle thermodynamique et la compression ne peut être obtenue qu’au prix d’une dépense d’énergie mécanique.
En mettant les choses au mieux et en admettant que la compression est isotherme, la puissance P nécessaire pour comprimer, de la pression d’aspiration pa à la pression de refoulement pr un flux de gaz de débit-volume S est donnée par la formule :
II est clair que, dans cette formule, où pr est constant, la puissance de compression diminue très vite avec pa (pa décroît plus vite que ).
Or, si l’on veut rapporter la puissance de compression à la puissance réellement dépensée dans une pompe à vide, on s’apercevra que la plupart des machines ont des rendements énergétiques déplorables.
une pompe à jet de vapeur, d’un débit-volume de 10 000 L/s, aspire à 5 x 10−4 hPa et refoule (à l’aspiration d’une pompe primaire) à 0,5 hPa.
La puissance de compression isotherme, calculée par la formule précédente avec les unités SI est de :
P = 3,45 Walors que, pour faire fonctionner une telle pompe à jet de vapeur, il faut fournir une puissance de 8 kW.
Peut-on parler de rendement énergétique ?
Reconnaissons que cet exemple est un exemple extrême.
On calculerait de meilleurs rendements pour les machines du domaine du vide grossier (car la pression d’aspiration pa serait moins basse). Les machines mécaniques, comme les pompes à anneau liquide, auront un meilleur rendement que les machines thermiques (telles les pompes à jet de vapeur).
II n’en reste pas moins vrai que les rendements énergétiques des pompes à vide seront...
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Aspects énergétiques de la mise en vide
ANNEXES
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Dans les Techniques de l’Ingénieur
DESTOOP (T.) - Compresseurs volumétriques. - [B 4 220]. Machines hydrauliques et thermiques (1989).
PERRILLAT-AMÉDÉ (D.) - Mesure du vide. - [R 2 050]. Mesures physiques (1996).
LEGENT (N.) - Normalisation des machines hydrauliques et thermiques. - [BM 4 225]. Machines hydrauliques et thermiques (1997).
ROMMEL (G.) - Gaz à très basse pression. Généralités. - [B 4 020]. Machines hydrauliques et thermiques (1984).
LECLERC (J.) - Nature et qualité du vide. Contamination. - [BM 4 040]. Machines hydrauliques et thermiques (1997).
Garnitures mécaniques. Technologies. - [BM 5 425]. Fonctions et composants mécaniques (2001).
TALLON (J.) - Contrôle de l’étanchéité. - [R 2 055]. Traité Mesures et Contrôle, vol. R5 (1990) (épuisé).
PAULON (J.) - Éjecteurs. - [B 4 250]. Machines hydrauliques et thermiques (1993).
AYEL (J.) - Lubrifiants. Propriétés et caractéristiques. - [B 5 340]. Fonctions et composants mécaniques (1996).
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