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Enquête exclusive
sur les pompes à membranes pneumatiques
Alain Lundahl
Le développement notoire des pompes pneumatiques à membranes génère de
nombreuses interrogations auprès des utilisateurs. C’est la raison pour
laquelle nos collègues français de la revue spécialisée ‘Eureka’ viennent
de faire une enquête parmi les utilisateurs. Un marché qui est en grandes
lignes comparable à notre propre marché belge.
Nous avons donc interrogé la plupart des
fournisseurs de ce marché et nous publions dans les lignes qui suivent une
synthèse de leurs réponses. Ces pompes sont souvent utilisées sur des
applications difficiles, parfois par le caractère corrosif des liquides,
parfois par le caractère toxique ou inflammable. Bien sûr il y a aussi les
produits chargés et/ou abrasifs et les produits alimentaires. Les gammes
sont très vastes tant par les matériaux que par les variantes (finitions,
clapets…) Les con-structeurs rivalisent d’astuces pour supprimer les
inconvénients initiaux de ces pompes (bruit, consommation d’air, givrage…)
Ces pompes ont donc pour la plupart fait d’énormes progrès tant en matière
de consommation qu’en matière de fiabilité depuis quelques années. Nous
livrons les résultats de cette enquête exclusive dans les lignes qui
suivent en les commentant au fil de l’eau. Nous terminons cette étude par
quelques réflexions générales.
Les résultats de notre enquête
1/ Marques concernées:
Les marques ou importateurs ayant été interrogées sont: Axflow, Enerfluid,
Ingersoll-Rand (ARO), Fradip, Graco, ITT Flygt, Jonhson pompes, Mesa, TDF
(techniques des fluides), Lewa, Murzan, Savino Barbera, Tapflo et Verder.
2/ Efficacité énergétique:
C’est un point fondamental du coût d’exploitation de ces pompes. C’est
aussi une question piège tant pour les fournisseurs que pour les
utilisateurs car le rendement de la pompe est une chose (très difficile à
réellement évaluer) et le coût énergétique en est une autre: en effet le
coût du m3 d’air diffère énormément d’un site à un autre en fonction de
l’état du réseau d’air, du type de compresseur et son âge, de la
récupération éventuelle d’énergie… Nous avons obtenu les réponses les plus
variées et étonnantes. Tous les constructeurs ont répondu avec sérieux
mais chacun à sa façon. Deux nous ont interrogés pour savoir comment
évaluer le coût énergétique. Aucun n’a prétendu que cette technologie
était compétitive en matière énergétique malgré les progrès énormes
réalisés. Certains indiquent leur consommation selon les critères
normalisés de l’HI, ce qui nous paraît être une référence fiable. Voici
comment nous conseillons de traiter cette question qu’il s’agisse de
comparer des marques de pompes à membranes ou de les comparer par rapport
à une autre technologie. Partant de son besoin débit/pression, des
matériaux requis (attention la consommation peut varier d’un élastomère à
l’autre, à l’in-star de la consommation d’une pompe rotative qui change en
fonction du type de garniture mécanique), de la viscosité (attention la
consommation varie beaucoup avec la viscosité à l’instar des pompes
centrifuges), et enfin du temps de fonctionnement journalier, vous devez
évaluer à l’aide des courbes de consommation constructeur (en se les
faisant garantir pour vos conditions) le nombre de Nm3 consommé par jour,
et bien sûr sous quelle pression. Connaissant votre production totale
d’air par jour et le coût énergétique journalier de votre production d’air
(votre GMAO doit vous le donner) (ne pas oublier le coût des accessoires
tels les sécheurs…), vous aller connaître avec précision le coût
énergétique de votre pompe. Comparer ce prix aux kWh électrique absorbé
par une pompe électrique et vous aurez une bonne idée de l’écart entre ces
2 technologies. Les autres approches fixant des rendements pompes,
risquent de vous conduire à des conclusions fort éloignées de la réalité
terrain.
3/ Durée de vie
Quel MTBF (temps moyen entre pannes) en nombre de cycles donnent les
constructeurs? Les progrès sont fabuleux !!!! Quelques centaines de
milliers de cycles il y a 20 ans, la moyenne se situe aujourd’hui aux
environs de 20 millions. A noter que les membranes PTFE réputées fragiles
rivalisent maintenant en durée de vie avec les membranes élastomères.
Ingersoll Rand ARO détient même le record avec ses membranes en PTFE
«convoluté» et 100 millions de cycles.
4/ Givrage
Quelle solution proposent les fournisseurs pour éviter le calage par le
givre? On se rappellera que d’une part le givrage provient de l’humidité
de l’air comprimé, et qu’un bon traitement de l’air règle la plus grande
partie des problèmes, mais qu’on voit aussi des blocages par givre dû à
l’humidité de l’air ambiant qui bouche l’échappement. Tous les
constructeurs recommandent d’utiliser de l’air traité, et chacun apporte
des solutions spécifiques liées à l’installation. IR ARO et Lewa proposent
des systèmes brevetés dans le distributeur, Enerfluid, un pot de détente
spécial.
5/ Bruit
Le bruit dépend bien sûr de la cadence, de la taille, mais aussi de la
matière (métal/plastique), du type de clapet, du liquide transféré
(viscosité), et bien sûr de la conception de l’échappement. Pour disposer
d’un comparatif significatif il faudrait que les mesures soient effectuées
selon les mêmes normes… C’est ce qui explique probablement que les
résultats de notre enquête pour une pompe 1’ à 5 bar d’air en milieu de
courbe, mesurée à 1mètre donne malgré la précision de notre question des
valeurs variant de 72 db pour la meilleure (Mesa) jusqu’à 97 db pour la
moins bonne.
6/ Pompage de produits dangereux
Lors du pompage de produits dangereux (toxiques, irritants, corrosifs,
inflammables...) quelles sont les recommandations faites par les
constructeurs pour protéger les opérateurs en cas de rupture de membrane?
Les constructeurs ont tous traité ce problème avec attention. Les uns
recommandent seulement des précautions d’installation en déportant
l’échappement, d’autres proposent des détecteurs de rupture de membrane
(capteur électrique ou non sur l’échappement, membranes doubles…). On note
aussi un intéressant système à capteur optique chez IR ARO. Enfin, Mesa
propose une solution judicieuse consistant en un système non électrique
ATEX confinant l’échappement en cas de rupture de membrane.
7/ ATEX
Plus encore que pour les autres questions c’est sur ce point qu’il aurait
fallu une bonne norme EN. Espérons que la future EN 809 (révision en
cours) donnera les réponses appropriées Tous les constructeurs sauf un ont
des pompes ATEX plastique et métal. Tous les constructeurs proposent des
pompes pour zone 1 Gaz et certains pour zone 21 (poussières). Un seul
(Mesa) a des pompes pour zone 0.
Etrangement, un seul constructeur a su nous dire quel mode de protection a
été employé pour certifier sa pompe (Le mode c en l’occurrence). Un seul
constructeur dit que ses pompes métal ne sont pas marquées Ex mais
utilisables en zone 1 et 2 car n’ont pas de source propre d’inflammation.
Nous lui laissons la responsabilité de sa décision qui nous semble
juridiquement acceptable mais qui posera sûrement des problèmes aux
utilisateurs lors d’un éventuel contrôle. Les marquages ATEX enfin,
divergent largement quant à la température de surface. L’absence de
marquage ou la température Tx «apparaît» sur 2 marques qui indiquent que
faute d’échauffement propre, aucun marquage de température n’est
nécessaire. Tous les constructeurs sauf 2 acceptent la réparation des
pompes ATEX par les clients moyennant le respect de consignes. Tous
fournissent d’ailleurs une notice ATEX spécifique pour la mise en œuvre ou
l’entretien de ces pompes.
8/ Fonctionnement à sec
Toutes ces pompes peuvent fonctionner à sec. La plupart sans aucune
précaution particulière au dire des constructeurs. Là aussi des progrès
considérables semblent avoir été faits. Mais attention, certains ont
intégré au «moteur» un système anti-emballement, et d’autres font quelques
recommandations qui nous paraissent légitimes. Notons enfin une remarque
de LEWA qui interdit de fonctionner à sec avec une vanne fermée à
l’aspiration.
9/ Viscosité
Il est fréquent d’entendre des fournisseurs ou des utilisateurs vanter la
capacité de ces pompes à pomper de hautes viscosités. Nous avons toujours
pensé qu’elles étaient limitées à des valeurs moyennes. Alors, qu’en est
il vraiment? Les viscosités maximales dépendent bien sûr de la taille de
pompe, de ses clapets, et de critères liés à l’installation. Ceci étant
les limites les plus fréquentes sont de 20 000 mPas (cPo). Pour certaines
applications particulières (vide fût par exemple) on frise les 100000 mPas
(TDF en particulier). Mais à 10000 cPo (mPas), la réduction de débit par
rapport à l’eau en milieu de courbe à 5 bar d’air est le plus souvent de
l’ordre de 65 % à 70%. Alors oui, les pompes AOD peuvent transférer des
produits à haute viscosité, mais attention tout de même, car les chiffres
ci dessus signifient qu’une pompe faisant 10 m3/h à l’eau n’en fera plus
que 3 à 3,5 à 10 000 cPo.
10/ Amorçage
Définir l’amorçage est une gageure. La norme NF EN ISO 13847 sur les
volumétriques rotatives s’y est essayée. L’amorçage dépend de la pression
atmosphérique locale, de la vitesse de vaporisation, de la cadence de la
pompe, de ses volumes morts, des clapets, de la contrepression au
refoulement… et bien sûr de l’état des clapets. Pompe neuve, au niveau de
la mer, sur de l’eau froide, pompe sèche, membranes et clapets
élastomères, les hauteurs moyennes restent alors dans une fourchette de 4
à 6 m. Plusieurs constructeurs limites à 3 m la hauteur pour les membranes
PTFE.
11/ Developpement durable
Saluons Jonhson et Verder qui seuls proposent une solution à leurs clients
pour les pompes en fin de vie: déconstruction et recyclage des matériaux.
IR ARO annonce une réflexion en cours.
En guise de conclusion
L’offre en pompes AOD est très large et variée. Les constructeurs
s’efforcent de répondre de façon pertinente et efficace aux attentes des
clients. Ils rivalisent d’ingéniosité pour fournir des équipements plus
sûrs et plus performants. L’absence de norme européenne en la matière rend
très difficile la comparaison efficace des produits entre eux ou face à
d’autres technologies. Pratiquement tous les constructeurs sont les
champions d’un paramètre: l’un la consommation, l’autre le bruit, un
troisième la lutte contre le givrage… L’utilisateur devra comme toujours
parfaitement définir ses conditions d’utilisation et ses exigences pour
trouver la pompe la mieux adaptée. <<
Avec nos remerciements à la revue ‘Eureka’.
Cadre:
Un environnement normatif pauvre
Il ne semble pas exister de norme européenne sur ces pompes (alors qu’il
existe de nombreuses normes sur les autres pompes (ex NF EN 733, NF EN ISO
22858, ISO9906... traitant des dimensions, des désignations, des essais,
des performances…) Il existe cependant des normes américaines ANSI
établies par l’HI (hydraulic Institute qui traitent tant des pompes que de
leurs essais et performances). Ces normes n’existant qu’en Anglais nous
vous en livrons ci-dessous un extrait en Anglais:
Air-Operated Pumps
Document Number: ANSI/HI 10.1-10.5 (A124)
Description:
This new standard is for air operated pumps and includes those positive
displacement reciprocating pumps used for general fluid transfer, which
are driven by means of a compressed gas (usually air) from an outside
source. The pump may be designed with a single diaphragm or double
diaphragms connected to a reciprocating shaft in which one side of the
diaphragm is in contact with the liquid being pumped and the other side is
in contact with the compressed gas. The standard includes the following
sections:
§ Types, configurations, and nomenclature
§ Definitions
§ Design and Application
§ Installation, Operation, and Maintenance
Air-Operated Pump Tests
Document Number: ANSI/HI 10.6(A125)
Description:
This new standard applies to the test of the pump only. It provides
uniform procedures for mechanical and other pump performance testing and
for recording of the test results of air operated diaphragm and bellows
pumps. All tests are based on using water at ambient temperature. The
standard covers the following types of tests:
§ Mechanical, Net Positive Suction Head, Suction Lift
§ Head-Flow-Air consumption and mechanical integrity
§ Hydrostatic testing of pressure-retaining components
§ Noise measurement
The following topics are included in this standard:
§ Terminology
§ Symbols
§ Definitions
§ Test Procedures
§ Test setup and equipment
§ Methods of measurement
§ Calculations and plotting pump performance
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