Comment contrôler le taux de fuite des pompes

1. Différentes méthodes pour différents objectifs

Comme exposé dans notre précédent article de blog sur les fuites, une fuite est un phénomène complexe. Elle peut être due à des trous ou une porosité, mais également à la perméation. Pour mesurer la fuite d'une pompe, et si nécessaire pour quantifier le taux de fuite, les clients ont le choix d'une multitude de méthodes de contrôle. Certains aspects comme le résultat, la précision et la durée du test sont variables en fonction de la méthode de mesure. Alors que les tests les plus basiques se contentent de déterminer la présence d'une fuite de pompe à un certain niveau, des méthodes plus élaborées sont capables de quantifier le taux de fuite. Celui-ci est habituellement exprimé en perte de pression multipliée par le volume sur une période donnée, pour faire court en mbar l/s.

1.1 Catégoriser les différents tests de fuite

Les procédures de tests peuvent se diviser en plusieurs catégories. On peut différencier les méthodes de test globales et partielles. Alors que les méthodes globales mesurent la fuite d'un système entier, dans notre cas une pompe à membrane, les méthodes partielles examinent des sections spécifiques, comme la tête de pompe, la membrane seule, le raccord d’entrée ou de sortie. On peut aussi classer les méthodes de tests selon les gaz utilisés. Certains tests utilisent l’air, tandis que d’autres utilisent des gaz spéciaux, comme l’hélium.

2. Détection d’une fuite

Le contrôle à bulles est l’une des méthodes les plus basiques pour détecter une fuite sur une pompe. Il sert à visualiser une fuite locale, sans quantifier le taux de fuite. Durant le contrôle, de l’air passe par la fuite, de la pompe à l’environnement. Cette méthode détecte les fuites présentant un taux ≥ 10-3 mbar l/s. Pour démarrer le contrôle à bulles, les côtés aspiration et refoulement de la pompe sont reliés à la sortie d'un régulateur de pression. Une jauge de pression est raccordée au régulateur de pression, afin de mesurer la pression actuelle. L’entrée du régulateur est pressurisée. Avant d’ouvrir le régulateur de pression, tous les points à tester sont humidifiés avec une solution savonneuse. On ouvre ensuite le régulateur de pression et on maintient la pression requise pendant au moins 15 secondes, en observant la présence de bulles sur les zones humidifiées.

3. Comment fonctionne le contrôle par pression différentielle ?

Le contrôle par pression différentielle est une méthode de mesure globale utilisée pour déterminer le taux de fuite de la pompe entière. Selon la configuration du test, le gaz traceur circule de l'intérieur de la pompe vers l’extérieur ou inversement. Cette méthode permet d’identifier les fuites de pompe d'un taux ≥ 10-3 mbar l/s. L’appareillage de contrôle, y compris le réservoir de référence, doit présenter un taux de fuite ≤ 10-4 mbar l/s.

Après le précontrôle de l’appareillage, la pompe est connectée à l’appareillage. La pompe et le réservoir de référence sont pressurisés ou dépressurisés au même niveau, afin de générer un différentiel de pression entre le système de test entier (réservoir de référence, pompe et raccords pneumatiques) et l’environnement. En fonction de cette différence de pression, le gaz traceur s’écoule de l'intérieur de la pompe et du système de contrôle vers l’environnement ou inversement.

Après une temporisation, la différence de pression entre le réservoir de référence et la pompe est mesurée sur un temps défini Δt. Le taux de fuite de la pompe s'obtient sur la base du volume de la pompe Vpompe, des variations de pression à l’intérieur de la pompe et de la durée du test qui sont connus. Notez que les volumes des raccords au capteur de pression différentielle VH et aux adaptateurs VA sont aussi à prendre en compte. Le taux de fuite de la pompe est

\(q_L=Δp/Δt (V_{pompe}+V_H+V_A ). \)

Avec les pompes à membrane, la différence de pression à travers la membrane, donc entre la chambre de travail et l’environnement, peut provoquer une déformation de la membrane. Cette déformation peut dépendre de la différence de pression. Par conséquent, le volume de la Vpompe peut varier pendant la procédure de contrôle, car la différence de pression à travers la membrane varie. Cette variation de volume doit être prise en compte au moment de déterminer le taux de fuite de la pompe.

4. Test de fuite – pourquoi l’hélium ?

Des méthodes de contrôle plus élaborées que les deux susmentionnées utilisent des gaz pour détecter les fuites de pompe. KNF utilise l’hélium. Il est quasiment absent de l’atmosphère, écologique, inerte, sans danger et facilement détectable. Toutes ces propriétés le rendent idéal comme gaz traceur. Chez KNF, les contrôles à l’hélium détectent les taux de fuite ≥ 10-6 mbar l/s.

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, la faible taille atomique et moléculaire de l’hélium n’apporte pas un avantage significatif pour les contrôles de fuites à l’hélium. Pour les pompes à membrane, le taux de fuite le plus faible techniquement réalisable est 10-7 mbar l/s, ce qui correspond à un trou de 10-6 m ou 1 µm. En comparaison : un poil humain a un diamètre compris entre 40 et 100 µm. Toutefois, l’hélium a une taille moléculaire d’environ 10-10 m, ce qui est beaucoup moins que le diamètre du trou représentatif.

4.1 Technique sous vide – global (A1 selon NF EN ISO 20485)

Durant cette procédure globale de contrôle de fuite à l’hélium, l’hélium de l’environnement à pression ambiante s’écoule dans une chambre qui contient la pompe. La pompe se retrouve alors dans un environnement rempli de gaz traceur. Pour permettre au gaz traceur de circuler dans la pompe, la pompe est dépressurisée pour obtenir une pression à l'intérieur de la pompe inférieure à la pression ambiante. Un dispositif de mesure analyse la présence d'hélium dans le gaz qui s’écoule hors de la pompe.

4.2 Technique sous vide – local (A3 selon NF EN ISO 20485)

Cette méthode de mesure locale se concentre sur la localisation des fuites de la pompe sans déterminer le taux de fuite de la pompe entière. Pour cela, la pompe est placée dans un environnement ambiant et est dépressurisée en permanence. Des sections de la pompe sont ensuite aspergées de gaz traceur et le gaz évacué de la pompe est analysé, pour rechercher la présence du gaz traceur. Cela signifierait que le gaz traceur entre de l’extérieur dans la pompe par des fuites potentielles.

4.3 Technique par pressurisation – globale (B3 selon NF EN ISO 20485)

La méthode globale par pressurisation quantifie le taux de fuite de la pompe entière. Elle est similaire à la technique de vide global, mais la pompe est pressurisée en permanence par rapport à la pression ambiante, à l’aide du gaz traceur. Durant le test, la pompe est placée dans un réservoir fermé, dans des conditions ambiantes. Il peut s’agir d'une poche étanche au gaz ou d'une chambre à volume constant connu. Cela permet au gaz traceur de s’écouler de l'intérieur de la pompe vers l’environnement, via les fuites. Le gaz dans le réservoir est analysé pour rechercher la présence et la concentration de gaz  traceur à l’aide d’une sonde de reniflage.

4.4 Technique par reniflage – local (B4 selon la norme NF EN ISO 20485)

Comme avec la technique de pressurisation globale, la pompe est pressurisée par rapport aux conditions ambiantes, à l’aide du gaz traceur. Ainsi, le gaz traceur circule de l'intérieur de la pompe vers l’extérieur via des fuites potentielles. L’environnement est un espace ouvert et les fuites de la pompe sont localisées au moyen d'une sonde de reniflage placée sur différentes sections de cette pompe. Cela permet de localiser les fuites mais pas de mesurer le taux de fuite de la pompe.

4.5 Technique de la chambre à vide – globale (B6 selon NF EN ISO 20485)

Cette méthode de test de fuite à l’hélium est similaire à la technique sous vide global, mais elle permet aussi de déterminer le taux de fuite de la pompe. La pompe est pressurisée une fois avec le gaz traceur, puis placée dans une chambre fermée. Durant le test, la chambre est dépressurisée en continu. La pression à l’intérieur du réservoir est ainsi inférieure à la pression à l’intérieur de la pompe. Ainsi, le gaz traceur circule de l'intérieur de la pompe vers la chambre via des fuites potentielles. Le gaz évacué du réservoir est analysé pour rechercher la présence de gaz traceur et sa concentration sert à déterminer le taux de fuite.

5. Quelle technique de contrôle de fuite de pompe doit être utilisée ?

Chez KNF, le bon fonctionnement de chaque pompe est testé systématiquement avant livraison. En fonction des exigences imposées à la pompe, des tests additionnels peuvent être effectués. Les contrôles de fuite de pompe font partie de ces tests additionnels. Pour certaines applications, la réglementation peut exiger des techniques de test spécifiques qui garantissent la conformité de la pompe. Ces techniques sont aussi tributaires de considérations économiques, les pompes ne sont donc pas toutes testées avec les techniques les plus approfondies. Les experts de KNF discutent avec les clients et proposent leur expertise pour s’assurer que le client reçoive la meilleure pompe possible avec la procédure de test optimale.