Le guide ultime des pompes à membrane : leur fonctionnement, leur sélection et leurs applications

Une pompe à membrane, également appelée pompe à membrane ou pompe pneumatique, est une pompe volumétrique qui utilise une membrane flexible, ou diaphragme, pour déplacer des fluides. Ces pompes sont conçues pour traiter une grande variété de liquides, notamment des substances visqueuses, abrasives et corrosives, ce qui les rend adaptées à de nombreuses applications industrielles. Le mécanisme de la pompe isole le fluide des composants internes de la pompe, ce qui constitue un avantage certain lorsqu'il s'agit de matières sensibles ou dangereuses.

Qu'est-ce qu'une pompe à membrane

Une pompe à membrane est un type de pompe volumétrique qui utilise l'action alternative d'un diaphragme flexible pour déplacer des liquides. Ce diaphragme, généralement en caoutchouc, en thermoplastique ou en Téflon, forme un joint qui sépare le liquide pompé des composants mécaniques de la pompe. En faisant varier le volume de la chambre, le fluide est aspiré dans la pompe puis expulsé. Cette conception est particulièrement utile pour les applications où la pureté du fluide ou la prévention des fuites est essentielle.

Types de pompes à membrane

Les pompes à membrane sont disponibles dans plusieurs configurations, chacune adaptée à différentes applications. Les types les plus courants sont les suivants :

Pompes à membrane simple

Les pompes à membrane simple utilisent une seule membrane pour déplacer le fluide. Le fonctionnement de la pompe implique que la membrane se déplace d'avant en arrière, créant un vide pour aspirer le fluide dans la chambre de pompe lors d'une course, puis expulser le fluide lors de la course opposée. Ces pompes sont souvent utilisées pour des applications à faible débit.

Pompes à double membrane

Les pompes à double membrane utilisent deux membranes reliées par un arbre. Les membranes se déplacent en tandem, créant un flux plus continu et équilibré. Une membrane aspire le fluide dans sa chambre tandis que l'autre expulse le fluide, ce qui permet une décharge plus douce. Cette conception est particulièrement utile pour manipuler des fluides plus visqueux et maintenir un débit constant.

Pompes AODD

Les pompes pneumatiques à double membrane (AODD) utilisent de l'air comprimé pour actionner les membranes. Elles sont donc adaptées à une utilisation dans des environnements dangereux ou explosifs, car elles ne nécessitent pas d'alimentation électrique. Les pompes AODD sont également très polyvalentes, capables de traiter une large gamme de types de fluides.

Pompes à membrane à entraînement mécanique

Dans les pompes à membrane à entraînement mécanique, la membrane est déplacée par une liaison mécanique reliée à un moteur. Le mouvement est contrôlé par des cames, des manivelles ou d'autres systèmes mécaniques. Ce type de pompe fournit généralement un débit précis et contrôlé.

Pompes à membrane à entraînement électrique

Les pompes à membrane à entraînement électrique utilisent un moteur électrique pour déplacer la membrane. Ces pompes sont souvent utilisées dans des situations nécessitant des débits précis et peuvent être intégrées dans des systèmes automatisés. Elles sont généralement plus économes en énergie que les modèles pneumatiques.

Composants des pompes à membrane

Les pompes à membrane se composent de plusieurs composants clés qui fonctionnent ensemble :

Le diaphragme

Le diaphragme est le composant principal, créant un joint qui isole le fluide pompé du mécanisme interne de la pompe. Il est généralement fabriqué à partir d'un matériau flexible et se déplace d'avant en arrière.

Chambre de pompe

La chambre de pompage est l'espace dans lequel le fluide est aspiré et expulsé. Son volume change avec le mouvement de la membrane, ce qui permet à la pompe de déplacer le fluide.

Vannes

Les vannes d'entrée et de sortie régulent le débit du fluide entrant et sortant de la chambre de pompe. Ces vannes, qui peuvent être à bille, à clapet ou autres, garantissent que le fluide se déplace dans la direction souhaitée.

Mécanisme d'actionnement

Le mécanisme d'actionnement est responsable du déplacement du diaphragme. Il peut s'agir d'une liaison mécanique, d'air comprimé ou d'un moteur électrique, selon le type de pompe.

Collecteurs d'aspiration et de refoulement

Les collecteurs d'aspiration et de refoulement sont les connexions par lesquelles le fluide entre et sort de la pompe. Ils sont conçus pour assurer un débit efficace et minimiser les pertes de pression.

Comment fonctionnent les pompes à membrane

Les pompes à membrane utilisent l'action alternative d'une membrane flexible pour déplacer les fluides. Ce processus implique plusieurs étapes clés qui créent un mouvement de pompage.

Le cœur du fonctionnement est le diaphragme, une membrane flexible. Ce diaphragme est relié à un mécanisme d'entraînement, qui peut être mécanique, pneumatique ou électrique. Lorsque le mécanisme d'entraînement est activé, il déplace le diaphragme d'avant en arrière dans la chambre de pompage. Ce mouvement modifie le volume de la chambre de pompage, créant ainsi l'action de pompage.

• Phase d'aspiration : Pendant la phase d'aspiration, la membrane est tirée vers l'arrière. Le volume de la chambre de pompe augmente, ce qui crée un vide qui aspire le liquide dans la pompe via la soupape d'admission. La soupape de sortie est fermée pendant cette phase pour éviter tout reflux.
• Phase de décharge : Une fois la chambre remplie, le mécanisme d'entraînement pousse la membrane vers l'avant. Cela réduit le volume de la chambre, augmente la pression et force le fluide à traverser la soupape de sortie et à sortir de la pompe. Simultanément, la soupape d'admission se ferme, empêchant le fluide de refluer dans la conduite d'aspiration.

Le mouvement alternatif de la membrane, alternant entre les phases d'aspiration et de refoulement, permet un débit continu du fluide. Ce processus est répété pour assurer un pompage constant. Les clapets anti-retour de la pompe, situés à l'entrée et à la sortie, gèrent le débit du fluide, garantissant qu'il ne circule que dans un seul sens. Ils empêchent le fluide de refluer vers l'entrée pendant la phase de refoulement et empêchent le reflux dans la pompe depuis la conduite de refoulement pendant l'aspiration.

Avantages des pompes à membrane

Manipulation de fluides visqueux

Les pompes à membrane sont efficaces pour pomper des fluides à haute viscosité. Les grands espaces libres et la conception simple permettent un passage facile des substances épaisses sans obstruction.

Manipulation de fluides abrasifs

Les pompes peuvent traiter des fluides contenant des particules abrasives. La membrane flexible minimise le contact avec les pièces mobiles, réduisant ainsi l'usure de la pompe.

Capacités d'auto-amorçage

Les pompes à membrane sont dotées de la capacité d'auto-amorçage. Elles peuvent aspirer efficacement les fluides sous la pompe sans nécessiter de remplissage initial des conduites d'aspiration.

Capacités de fonctionnement à sec

Les pompes sont résistantes aux dommages causés par un fonctionnement à sec pendant de courtes périodes sans liquide. En effet, la membrane protège les pièces internes des frottements et de l'accumulation de chaleur.

Résistance chimique

Les pompes à membrane sont compatibles avec une grande variété de produits chimiques. La membrane et les pièces en contact avec le fluide peuvent être fabriquées à partir de matériaux résistants à la corrosion et à la dégradation.

Fonctionnement sans fuite

Grâce à l'étanchéité créée par la membrane, les pompes sont étanches. Ceci est important pour pomper des liquides dangereux ou précieux.

Inconvénients des pompes à membrane

Flux pulsé

Les pompes à membrane peuvent générer un débit pulsé, en particulier les pompes à membrane simple. Cela peut être problématique pour les applications qui nécessitent un débit constant et régulier.

Pression et débit inférieurs

En général, les pompes à membrane ont des limites de débit et de capacité de pression par rapport aux pompes centrifuges ou à piston.

Exigences d'entretien

Bien que la conception soit robuste, les diaphragmes devront éventuellement être remplacés en raison de l'usure et de la fatigue, ce qui augmente le temps et les coûts de maintenance.

Bruit

Les pompes pneumatiques peuvent être bruyantes pendant leur fonctionnement. Bien que d'autres configurations soient moins bruyantes, le bruit peut néanmoins constituer un problème pour certaines applications.

Taille

Les pompes à membrane peuvent être plus grandes et plus encombrantes que certains autres types de pompes ayant des débits similaires, ce qui peut les rendre difficiles à utiliser dans les petits espaces.

Applications des pompes à membrane

Industrie chimique

Les pompes à membrane sont souvent utilisées dans les usines de traitement chimique pour manipuler des matières corrosives et dangereuses. Elles sont conçues pour assurer un transfert sûr et fiable.

Traitement des eaux usées

Ces pompes sont utilisées pour doser les produits chimiques dans le traitement des eaux usées et pour déplacer les boues, en raison de leur capacité à traiter les solides.

Industrie agroalimentaire

Les pompes à membrane sont utilisées pour transférer des produits alimentaires et des boissons, car elles sont capables de fonctionner de manière sanitaire.

Industrie pharmaceutique

Les pompes sont utilisées dans l’industrie pharmaceutique car elles peuvent manipuler des fluides stériles et sensibles sans les contaminer.

Opérations minières

En raison de leur capacité à traiter des matériaux abrasifs, les pompes à membrane sont utilisées pour pomper des boues et d’autres matériaux visqueux dans les opérations minières.

Applications de peinture et de revêtement

Ces pompes sont couramment utilisées pour transférer des peintures, des revêtements et des adhésifs, car elles peuvent gérer la consistance de ces matériaux.

Pétrole et Gaz

Les pompes à membrane sont utilisées pour pomper et transférer divers fluides dans la production de pétrole et de gaz, y compris la boue de forage et les additifs chimiques.

Comment choisir la bonne pompe à membrane

La sélection de la pompe à membrane appropriée nécessite un examen attentif de plusieurs facteurs :

• Adaptation de la pompe à l'application et aux exigences spécifiques : Tout d’abord, la capacité de la pompe doit correspondre aux exigences de l’application spécifique, en ce qui concerne les propriétés du fluide, le lieu d’utilisation et la tâche qu’elle doit effectuer.
• Débit: Évaluez le débit requis pour vous assurer que la capacité de la pompe répond aux exigences opérationnelles. Un dimensionnement trop important ou trop faible de la pompe peut entraîner des inefficacités ou des problèmes de performances.
• Pression: Sélectionnez une pompe capable de répondre aux exigences de pression du système, en tenant compte de la pression du fluide lui-même.
• Type de fluide : Évaluez la viscosité, l’abrasivité, la nature chimique et la température du fluide pour garantir la compatibilité avec les matériaux de la pompe.
• Sélection de la taille : Assurez-vous que la taille physique de la pompe s'adapte à l'espace d'installation et aux contraintes d'espace de l'environnement.
• Coût: Évaluez la rentabilité de la pompe en prenant en compte son coût de fonctionnement, sa durée de vie et le coût de remplacement des pièces pour trouver le choix le plus rentable pour l’utilisation particulière.

Problème courant avec les pompes à membrane

• Défaillance du diaphragme : Les diaphragmes peuvent tomber en panne en raison de la fatigue ou de la dégradation chimique, nécessitant ainsi leur remplacement.
• Problèmes de valve : Les vannes peuvent s'user ou se boucher, ce qui affecte les débits et les pressions.
• Fuites : Des fuites peuvent se produire autour des joints et des connexions, nécessitant une inspection et des réparations minutieuses.
• Fuites d'air (pompes AODD) : Les fuites d'air dans les pompes AODD peuvent réduire l'efficacité et provoquer des problèmes de fonctionnement.
• Pulsation: Les pulsations dans le débit peuvent provoquer des vibrations du système et nécessiter un équipement supplémentaire, comme amortisseurs de pulsations.

Pompes à membrane et autres types de pompes