Comparaison des pompes à piston et des pompes à engrenages pour le transfert de fluides industriels

Dans les applications industrielles, le transfert de fluides est un processus essentiel qui englobe diverses opérations, allant de la simple circulation d'eau aux réactions chimiques complexes. Le choix des pompes de transfert de fluides, en tant qu'équipement de base, a un impact direct sur l'efficacité de la production, les coûts d'exploitation et la stabilité du système. Face à une myriade d'options de pompes, les ingénieurs sont souvent confrontés à une décision cruciale : doivent-ils opter pour la pompe à piston haute puissance ou la pompe à engrenages compacte ? Un mauvais choix peut entraîner une inefficacité, une flambée des coûts de maintenance, voire des perturbations de l'ensemble des chaînes de production. Par conséquent, une compréhension approfondie des caractéristiques, des avantages, des inconvénients et des applications appropriées des pompes à piston et à engrenages est essentielle pour prendre des décisions éclairées.

Une pompe de transfert de fluides est un dispositif mécanique conçu pour déplacer des liquides. En transmettant de l'énergie au fluide, elle surmonte la résistance, permettant au liquide de s'écouler de faibles à hautes altitudes ou de zones à basse pression à haute pression.

En fonction de leurs principes de fonctionnement, les pompes de transfert de fluides peuvent être classées en plusieurs types, notamment :

• Pompes volumétriques :Utilisent les changements de volume de la chambre pour transférer les fluides, tels que les pompes à piston, les pompes à engrenages, les pompes à vis et les pompes à membrane.
• Pompes dynamiques :Utilisent des turbines rotatives pour appliquer une force centrifuge aux fluides, notamment les pompes centrifuges, les pompes à flux axial et les pompes à flux mixte.
• Autres types :Tels que les pompes à jet et les pompes électromagnétiques.

Lors de la sélection d'une pompe de transfert de fluides, les paramètres suivants doivent être pris en compte :

• Débit (Q) :Le volume de fluide transféré par unité de temps, généralement mesuré en mètres cubes par heure (m³/h) ou en litres par minute (L/min).
• Hauteur manométrique (H) :La capacité de la pompe à surmonter la résistance du fluide, généralement exprimée en mètres (m) ou en pascals (Pa).
• Puissance (P) :La puissance d'entrée requise par la pompe, mesurée en kilowatts (kW).
• Rendement (η) :Le rapport de la puissance de sortie à la puissance d'entrée, reflétant l'utilisation de l'énergie par la pompe.
• Pression de service (p) :La pression que la pompe supporte pendant le fonctionnement, généralement en mégapascals (MPa).
• Caractéristiques du fluide :Viscosité, densité, température, corrosivité et abrasivité du fluide.

Les pompes à piston, également appelées pompes à plongeur ou alternatives, sont des pompes volumétriques qui utilisent le mouvement alternatif des pistons à l'intérieur des cylindres pour transférer les fluides. Réputées pour leurs performances exceptionnelles à haute pression, elles dominent les applications telles que le nettoyage à haute pression, l'injection de produits chimiques et l'extraction de pétrole et de gaz.

Le mécanisme de base d'une pompe à piston réside dans le mouvement alternatif du piston. Lorsque le piston se déplace vers l'avant, un vide se forme dans le cylindre, aspirant le fluide à travers le clapet d'admission. Lorsque le piston se rétracte, le clapet d'admission se ferme, le clapet de sortie s'ouvre et le fluide est refoulé de force. Ce mouvement alternatif assure un transfert continu du fluide.

Le processus peut être divisé en quatre étapes :

• Course d'admission :Le piston recule, augmentant le volume du cylindre et réduisant la pression, ce qui permet au fluide d'entrer par le clapet d'admission.
• Course de compression :Le piston avance, diminuant le volume du cylindre et augmentant la pression, fermant les deux clapets.
• Course de refoulement :Le piston continue d'avancer, augmentant encore la pression jusqu'à ce qu'elle dépasse la pression de sortie, ouvrant le clapet de sortie pour expulser le fluide.
• Course de réinitialisation :Le piston recule, réduisant la pression et fermant le clapet de sortie, se préparant à la prochaine course d'admission.

En fonction du nombre et de la disposition des pistons, les pompes à piston peuvent être classées en :

• Pompes à piston monocylindre :Conception simple mais avec une pulsation de débit importante.
• Pompes à piston bicylindres :Pulsation de débit réduite, largement utilisées.
• Pompes à piston triplex :Pulsation de débit minimale, idéale pour les applications nécessitant un débit stable.
• Pompes à piston multicylindres :Utilisées dans les applications industrielles à grande échelle.
• Pompes à piston radiales :Conception compacte pour les scénarios à haute pression.
• Pompes à piston axiales :Structure simple pour les applications à moyenne et haute pression.

• Capacité haute pression :Excellent dans les environnements à haute pression.
• Contrôle précis du débit :Offrent des débits stables et précis.
• Large applicabilité :Manipulent des fluides de viscosité, d'abrasivité et de corrosivité variables.
• Forte auto-amorçage :Certains modèles peuvent aspirer des fluides de positions basses.

• Maintenance élevée :La structure complexe nécessite un entretien régulier.
• Bruit :Peut être bruyant, surtout à haute pression.
• Coût :Coûts de fabrication plus élevés, en particulier pour les modèles à haute pression et à débit élevé.
• Limitations de débit :Généralement des débits plus faibles par rapport aux pompes à engrenages.
• Pulsation :Le débit de sortie présente une pulsation, nécessitant des mesures d'atténuation.

Les pompes à piston sont largement utilisées dans :

• Nettoyage à haute pression :Nettoyage de véhicules, de bâtiments et d'équipements.
• Injection de produits chimiques :Traitement de l'eau, production chimique.
• Extraction de pétrole et de gaz :Opérations de récupération assistée.
• Systèmes hydrauliques :Alimentation des machines hydrauliques.
• Transformation des aliments :Transfert de boues alimentaires, de jus.
• Produits pharmaceutiques :Manipulation de liquides médicinaux.

Les pompes à engrenages, qui utilisent des engrenages engrenants pour transférer les fluides, sont appréciées pour leur simplicité, leurs débits élevés et leur faible entretien. Elles sont couramment utilisées dans le transfert de carburant, les systèmes de lubrification et les applications hydrauliques.

Le fonctionnement repose sur deux engrenages imbriqués. Lorsqu'ils tournent, l'espace entre les dents des engrenages se dilate et se contracte, aspirant et expulsant le fluide. Le fluide est transporté de la chambre d'entrée à la chambre de sortie.

• Pompes à engrenages externes :Les engrenages s'engrènent à l'extérieur ; simples et largement utilisés.
• Pompes à engrenages internes :Un engrenage s'engrène à l'intérieur d'un autre ; plus silencieuses avec un meilleur auto-amorçage.
• Pompes à engrenages droits :Dents droites ; simples mais bruyantes.
• Pompes à engrenages hélicoïdaux :Dents inclinées ; fonctionnement plus fluide.
• Pompes à engrenages en chevrons :Gèrent efficacement les charges axiales.

• Débits élevés :Adaptées aux transferts à volume élevé.
• Compactes et légères :Conceptions peu encombrantes.
• Auto-amorçage :Peuvent aspirer des fluides de bas niveaux.
• Fiabilité :La construction simple assure la durabilité.
• Faible entretien :Exigences d'entretien minimales.

• Pression limitée :Inadaptées aux tâches à haute pression.
• Sensibilité à la viscosité :Les performances varient en fonction de l'épaisseur du fluide.
• Abrasion et corrosion :Vulnérables aux fluides abrasifs ou corrosifs.
• Bruit :Certains modèles fonctionnent bruyamment.

Les pompes à engrenages sont courantes dans :

• Transfert de carburant :Stations-service, pétroliers.
• Systèmes de lubrification :Moteurs, transmissions.
• Hydraulique :Systèmes d'alimentation des machines.
• Production chimique :Déplacement des matières premières.
• Transformation des aliments :Manipulation des huiles, des sirops.
• Plastiques :Transfert de polymères fondus.

Les pompes à piston (par exemple, les modèles triplex) génèrent 10 à 20 MPa pour un lavage efficace des véhicules.

Les pompes à engrenages externes assurent un débit de carburant constant dans les stations-service.