L'évolution des pompes pneumatiques à membranes : du simple vide cave à la véritable pompe de process

J.-P. EstivieSociété Mesa

La pompe pneumatique à membranes est simple, légère, absorbe des boues épaisses et reste insensible à l'abrasion. Elle peut être immergée ou non puisqu’elle est auto-amorçante et donne une forte aspiration, même à sec. Elle est sûre, performante et facile à installer. Toutes ces qualités découlent directement de son principe.

La pompe (figure 1) est constituée par un moteur à air comprimé composé d’un distributeur commandant deux pistons ; ceux-ci provoquent alternativement des phénomènes d’aspiration et de refoulement dans deux chambres séparées des pistons par des membranes élastiques. Celles-ci, en se déformant sous l'action des pistons, entraînent des variations de volume des chambres qui servent ainsi à l’aspiration puis à la compression du liquide à refouler.

Deux billes assurent la fonction de clapets entre les collecteurs d’aspiration et de refoulement.

Fonctionnement

Dans une première phase (figure 2), le distributeur dirige l’air dans la chambre droite où il pousse la membrane vers la droite, amenant le fluide à passer à travers le clapet anti-retour du haut. En même temps, l'autre membrane est tirée par le piston aspirant le fluide dans la chambre gauche à travers le clapet anti-retour du bas.

Dans une deuxième phase (figure 3) l’air de la chambre droite s’échappe et le distributeur introduit la pression d’air dans la chambre de gauche et l’aspiration dans celle de droite. Le retour à la position initiale termine le cycle. Lors du refoulement, la pression de l’air et la pression du liquide sont égales ; la membrane est en équilibre entre les deux et ne subit qu’une fatigue minime.

Avantages

Les avantages des pompes pneumatiques sont nombreux :

• — pas de presse-étoupe ou de garnitures à surveiller, donc réduction importante des coûts d’entretien ;
• — possibilité de fonctionnement à sec sans aucun dommage pour la pompe ;
• — souplesse d’installation : matériel portatif, submersible et auto-amorçant, permettant de choisir le montage le plus économique ;
• — débit variable par réglage de l’entrée d’air, évitant l’utilisation d’un variateur de vitesse ;
• — pas de parties mécaniques en contact avec le fluide ;
• — pompage de produits visqueux, chargés, abrasifs ;
• — possibilité de fonctionnement en sortie bridée, sans utilisation de soupape de sécurité ou de by-pass, d’où économie d’installation ;
• — de par sa conception, ce système permet d’éviter l’emploi de moteurs antidéflagrants très coûteux : tout l’équipement habituel des moteurs électriques est inutile ;
• — peu de fatigue des membranes ; grâce à l’équilibrage des pressions, leur durée de vie est très longue ;
• — pratiquement, pas de consommation d’air si la sortie de la pompe est fermée, bien que le plein débit soit assuré dès l’ouverture de la vanne ;
• — la pompe est très rapidement démontable sur le site.

Performances

Les membranes, les billes et leurs sièges sont réalisés en élastomères (Néoprène, PFTE, Buna, Nordel etc.) et les pièces rigides mouillées soit en métal (aluminium et acier, fonte ductile, acier inoxydable) soit en propylène ou PFTE. Les débits varient suivant les modèles de 5 à 45 m³/h, avec entraînement de particules de 4 à 10 mm, suivant les types de pompes.

La pression de refoulement, avec un maximum théorique 7 bars, assure un bon débit jusqu’à 3-4 bars. La hauteur d’aspiration est de 6 m (même à sec, avant amorçage). Les pompes absorbent tous les produits liquides et peuvent écouler des boues épaisses contenant jusqu’à 50 % de matières sèches. Elles conviennent aussi bien pour les liquides fragiles comme émulsions et suspensions.

Leur résistance à l’abrasion est très grande et l’on ne constate qu’une usure insignifiante (même avec un corps de pompe en aluminium), usure qui n’entraîne d’ailleurs aucun changement des performances.

Il existe des pompes « alimentaires » en inox poli, sans zone de rétention, stérilisables et entièrement démontables.

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La pompe pneumatique à membranes est sûre (pas de joints du côté du liquide, pas de surpression, fonctionnement à sec sans dommage) performante (refoulement jusqu’à 60 m de haut) et facile à installer (ni moteur, ni variateur, ni pressostat, ni by-pass) ; c’est pourquoi elle est traditionnellement utilisée comme pompe d’intervention dans toutes les industries ou dans les travaux publics ou dans les mines de charbon, notamment en matière de pompage d’eaux résiduaires et d’effluents industriels, comme de récupération d’hydrocarbures surnageants (forte aspiration, n’émulsionne pas l’eau et le pétrole), de nettoyage de bacs d’acides pour traitements de surfaces, de vidange de puisards (en immersion ou en aspiration) etc.

Elle est maintenant de plus en plus utilisée dans les process en raison de sa grande fiabilité : pas de joints, membranes en équilibre entre deux pressions opposées, de sa technique de construction (plastiques nobles (PP et PFTE), aciers inoxydables, fonte ductile et aluminium) et de ses possibilités de débits, s’étageant de 10 l/h à 40 m³/h.

Ses principales utilisations industrielles sont ainsi étendues aux domaines suivants :

• — aspiration et transfert des boues épaisses ;
• — alimentation des filtres à moyenne pression (jusqu’à 6 bars) la pompe s’arrêtant automatiquement lorsque le filtre est colmaté ;
• — gavage des pompes à haute pression ;
• — alimentation des filtres rotatifs sous vide ;
• — évacuation des bourbes lors du débtissage centrifuge des filtres à plateaux horizontaux ;
• — pompage de la solution destinée à former la précouche et contenant l’adjuvant de filtration ;
• — transfert de l’adjuvant de filtration en poudre sèche à partir du sac de diatomées ;
• — pompage de floculants, de laits de chaux ;
• — pompage d’acides (petite pompe en polypropylène) ;
• — pompage d’eau pure ;
• — prélèvement d’échantillons, par exemple par aspiration au fond d’une rivière ;
• — surpresseurs d’eau, la pompe restant continuellement sous pression d’air.

De nouvelles utilisations se découvrent chaque jour : en effet, chaque fois que cela est possible (air comprimé disponible, pression de refoulement faible) ce type de pompe apparaît souvent préférable aux autres solutions en raison de son faible coût et de son entretien simple et réduit.