Choisir le bon matériau pour les tuyaux de pompes à liquides
Les tuyaux dans les systèmes hydrauliques peuvent avoir un impact significatif sur les performances de la pompe.
Lorsqu’ils raccordent une pompe à membrane pour liquides à un système, les ingénieurs sont confrontés à une multitude de choix de matériaux pour les tuyaux des pompes, tant du côté aspiration que du côté refoulement. Le choix du matériau approprié est souvent plus complexe qu’il n’y paraît à première vue. Il est donc essentiel de connaître les effets positifs et négatifs les plus importants que peuvent avoir les matériaux des tuyaux des pompes et de savoir comment les éviter ou en tirer des avantages.
Choix de matériaux extrêmement variés pour les tuyaux des pompes
Lors de la conception d’un système fluidique, de nombreux facteurs doivent être pris en compte dont notamment le débit et la pression requis ainsi que les propriétés du fluide. Un aspect moins pris en compte est le choix du matériau des tuyaux utilisés dans le système. Les tuyaux rigides peuvent être fabriqués à partir de divers métaux et alliages métalliques tels que l’acier inoxydable ou le cuivre, ainsi qu’à partir de divers polymères tels que le chlorure de polyvinyle (PVC-U), le polypropylène (PP) ou l’acrylique. Les tuyaux flexibles peuvent être fabriquées à partir de divers polymères tels que le polyéthylène (PE), le polytétrafluoroéthylène (PTFE) ou le silicone. Ces matériaux présentent des différences significatives tant au niveau de leurs propriétés chimiques que physiques.
Garantir la compatibilité chimique des tuyaux de la pompe
L’un des critères les plus importants pour choisir le matériau des tuyaux de la pompe est la compatibilité chimique. Pour cela, il est nécessaire de connaître la nature des fluides transférés ainsi que les éventuelles variations de leur qualité. Il est également important de connaître la température des fluides, qui lorsqu’elle est élevée, peut endommager certains polymères. Une fois ces informations à disposition, les ingénieurs peuvent consulter un tableau de compatibilité chimique afin de trouver un ensemble de matériaux qui résisteront aux fluides en question.
Pourquoi le choix du matériau des tuyaux de la pompe est-il crucial lors de l’utilisation de pompes volumétriques ?
Une fois la présélection des matériaux effectuée sur la base de leur compatibilité chimique, d’autres décisions peuvent être prises. Cette sélection doit tenir compte des propriétés physiques du matériau ainsi que des caractéristiques de la pompe. Ceci est particulièrement important lorsqu’une pompe volumétrique est utilisée. Et cela qu’il s’agisse d’une pompe à membrane, péristaltique ou à piston. En effet, ces pompes génèrent des pulsations qui jouent un rôle important dans les performances de l’ensemble du système fluidique. Les pompes KNF Smooth Flow font exception à cette règle. Même s’il s’agit de pompes volumétriques, elles génèrent des pulsations si faibles qu’elles sont négligeables dans ce contexte.
Propriétés physiques des tuyaux de la pompe
Selon le matériau choisi, les tuyaux de la pompe peuvent présenter des propriétés physiques variables. La rugosité de la surface est un aspect important. Plus la surface est lisse, plus le frottement lors du pompage du fluide est faible. Ceci est particulièrement important lorsque la vitesse d’écoulement requise est élevée. L’élasticité de la conduite de pompe est une propriété encore plus importante qui dépend principalement de l’épaisseur de sa paroi et de la composition du matériau. Combinée aux pulsations de la pompe, cette élasticité crée un effet capacitif (retenir ou libérer l’énergie donnée au fluide) susceptible d’avoir un impact majeur sur les performances de la pompe et de l’ensemble du système hydraulique.
Les propriétés physiques des tuyaux de la pompe sont moins importantes pour les applications avec des gaz que pour les applications liquides. Contrairement aux liquides, les gaz sont compressibles ; les pulsations de la pompe ne constituent donc pas un problème majeur dans les applications avec des gaz. Dans ce cas, les pulsations se dissipent, car le gaz lui-même agit comme un ressort et ne transmet pas le choc des pulsations de manière aussi brutale.
Comprendre l’effet capacitif des tuyaux de la pompe
Les tuyaux de la pompe, qui sont élastiques dans une certaine mesure, agissent de manière similaire à un ressort lorsqu’elles sont soumises à des pulsations. Lorsque la pompe refoule, la pression augmente dans la conduite de refoulement, ce qui la fait se dilater et contenir davantage de liquide. Lors du cycle d’admission de la pompe, la pression dans la conduite de refoulement chute et le matériau se contracte, expulsant ainsi le liquide. Cette interaction peut entraîner des effets harmoniques qui améliorent ou altèrent les performances de la pompe et du système hydraulique dans son ensemble.
Les deux vidéos suivantes montrent une simulation de ce phénomène de résonance. Le dispositif se compose d’un piston à gauche qui simule les pulsations et d’un tube en PVC d’un diamètre intérieur de 4 mm, d’une épaisseur de paroi de 1 mm et d’une longueur de 1,5 m. Le tube est relié à un réservoir situé à droite. Dans la première vidéo, le piston tourne à 1200 tr/min et dans la seconde, à 2700 tr/min. Cette seule différence de fréquence a un effet considérable sur les conditions de pression dans le tube. Dans les deux cas, le piston génère le même débit par course. Cependant, la pression dans le tube diffère considérablement. À 1200 tr/min, le piston, plus lent, génère environ deux fois plus de pression dans la conduite de sortie. Cette différence de pression significative est due à l’effet capacitif du tube.
Comment résoudre les problèmes liés aux harmoniques dans les tuyaux de la pompe
Lorsque les pulsations de la pompe provoquent des problèmes d’harmoniques en combinaison avec le système de raccordement (les tuyaux), plusieurs approches peuvent contribuer à atténuer le problème. L’une d’entre elles consiste à tester différentes longueurs, diamètres, épaisseurs de paroi et matériaux de tuyau. Les matériaux plus souples contribuent souvent à atténuer les effets des pulsations. Cependant, en raison de la complexité de ces interactions, cette approche n’est pas prévisible. Dans de nombreux cas, un test pratique reste le seul moyen d’identifier des solutions efficaces. Des facteurs tels que le matériau des tuyaux, leur longueur ou encore la température du fluide peuvent en effet influencer de manière significative et imprévisible les performances du système.
Une solution plus fiable consiste à utiliser des amortisseurs (de pulsations) additionnels côté entrée et sortie de la pompe. Bien qu’efficaces, ces amortisseurs augmentent la taille et la complexité du système et introduisent des points de défaillance et de fuite supplémentaires.
Une alternative bien meilleure et fiable consiste à utiliser la technologie KNF Smooth Flow. Ces pompes combinent les avantages de la technologie des pompes à membrane avec une réduction significative des pulsations. Ceci est rendu possible grâce à des amortisseurs internes innovants ou à l’utilisation de cinq membranes fonctionnant en parallèle et en déphasage qui lissent les pics de pulsation. Grâce à cette conception avancée et unique, KNF offre une solution idéale pour les applications où des problèmes d’harmoniques peuvent survenir au niveau des conduites.
