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14/12/2017 - DIETER DEVRIENDT

UNE POMPE EFFICACE ASSURE LE RENDEMENT ET L’APTITUDE AU NETTOYAGE

Pomper sans degats et de façon efficace avec une pompe centrifuge

Aujourd’hui, on note dans le pompage dans l’industrie alimentaire une tendance vers de plus grandes exécutions, un plus grand volume de pompage et moins de dégâts au produit. Le nettoyage des pompes pour le transport d’aliments doit naturellement être toujours optimal, mais le rendement doit aussi être des plus élevés. Joue ici un éventail de facteurs que nous vous expliquons dans cet article.

PRODUIT ET POMPE CENTRIFUGE

Le pompage de marchandises alimentaires dépend fortement du produit qui doit être transporté. La valeur déterminante est la viscosité dynamique, exprimée en poise (P). Jusqu’à grosso modo 100 cP (centipoise), l’utilisation d’une pompe centrifuge est sans aucun doute recommandée. Pour pomper un produit de haute viscosité, on opte plutôt pour une pompe à lobes ou une pompe à vis. Ceci, en raison de l’efficacité énergétique et aussi pour éviter d’abîmer le produit.

Jusqu’à grosso modo 100 cP (centipoise), l’utilisation d’une pompe centrifuge est sans aucun doute recommandée. Pour pomper un produit de haute viscosité, on opte plutôt pour une pompe à lobes ou une pompe à vis.

FONCTIONNEMENT D’UNE POMPE CENTRIFUGE

les pompes centrifuges

Alors que les pompes volumétriques (comme la pompe à lobes et la pompe à vis) recourent à un principe de rotor, les pompes centrifuges appliquent la force centrifuge. Le principe de base consiste en un ventilateur qui tourne dans un carter de pompe, sur lequel sont raccordées une conduite d’aspiration et une conduite de compression. Le ventilateur rotatif (avec ailettes) donne au liquide une vitesse tangentielle. Il s’exerce une force centrifuge qui comprime le liquide vers le contour extérieur du ventilateur.

APTITUDE AU NETTOYAGE

Une condition sine qua non pour les pompes alimentaires est l’aptitude au nettoyage. Celle-ci est en grande partie liée à l’efficacité de la pompe (voir plus loin). Le label EHEDG garantit également la parfaite aptitude au nettoyage de la pompe (voir encadré).

RENDEMENT

les pompes centrifuges

Pour optimiser le rendement d’une pompe, une foule de facteurs doivent certainement être pris en compte. Nous citons les principaux ci-dessous. Ils déterminent également en grande partie l’efficacité énergétique qui est importante pour le coût de production, mais aussi pour l’image ‘verte’ (émission de CO2). Il est admis que l’énergie représente une très grande partie du Total Cost of Ownership (TCO) d’une pompe.

Conception

L’aptitude au nettoyage et le rendement vont de pair quand il s’agit d’atteindre un flux optimal. Tous deux sont améliorés quand le nombre de zones mortes est limité, en d’autres termes, quand une vitesse suffisante peut être atteinte dans un maximum de zones. Un fabricant tentera de bien exécuter le processus de nettoyage en laissant un plus grand jeu entre le ventilateur et la paroi arrière pour la circulation du liquide CIP; d’autres optent pour un jeu minimal (plus grande efficacité). Pour un nettoyage suffisant dans ce dernier cas, on choisit un ventilateur semi-ouvert avec 'balancing' holes pour le nettoyage (voir plus loin).

Un fabricant tentera de bien exécuter le processus de nettoyage en laissant un plus grand jeu entre le ventilateur et la paroi arrière pour la circulation du liquide CIP; d’autres optent pour un jeu minimal (plus grande efficacité).

Dimensionnement

Lors du dimensionnement des pompes, la 'Net Positive Suction Head' (NPSH) est un paramètre très important. Il comporte deux aspects:

  • NPSHA: la pression d’accostage disponible (available);
  • NPSHR: la pression d’accostage exigée (required).

Pour éviter la cavitation (la création de bulles de vapeur nocives), le NPSH disponible du système doit dépasser la pression d’accostage exigée de la pompe. Le NPSHR peut être gardé bas par une géométrie de ventilateur optimale (voir plus loin) et une conduite d’amenée aussi courte que possible jusqu’à la pompe avec le moins d’obstructions possible (chutes de pression). Le NPSHA est influencé le long du côté positif par la hauteur minimale du liquide devant la pompe et le caractère atmosphérique ou non du réservoir; le long du côté négatif, la tension de vapeur (dépendance à la température) et la chute de pression sur les conduites devant la pompe ont de l’importance.

Rugosité de surface

Pour les pompes, l’adage veut que “plus la rugosité est faible, plus le nettoyage est bon”. La rugosité surfacique standard pour l’industrie alimentaire se situe à 0,8 µ. Par polissage électrolytique (application d’une couche d’oxyde de chrome augmentée), ceci peut atteindre 0,5 à 0,4 µ, quoique ces valeurs soient plutôt typiques pour l’industrie pharmaceutique encore plus exigeante. Des aspects tels qu’un carter de pompe monobloc (sans soudure) ou fabriqué en acier inoxydable (inox) laminé à froid contribuent à favoriser la planéité.

'plus la rugosité est faible, plus le nettoyage est bon'

Joint pour arbre

Un joint pour arbre est constitué d’une partie statique et d’une partie rotative qui tourne sur la bande de roulement. Un ressort comprime la partie rotative sur la partie fixe pour éviter la perte de liquide. Ce ressort se situe couramment dans l’espace où il est mis en contact avec le produit à pomper, mais un ressort externe est aussi possible. Celui-ci n’entre pas en contact avec le produit et est donc plus hygiénique. Un joint pour arbre équilibré compense la pression de liquide croissante.

Joints

les pompes centrifuges

La règle générale est de réduire le nombre de joints qui entrent en contact avec le produit car c’est plus hygiénique. Ici, la compression définie est importante. Celle-ci garantit une plus grande longévité des joints, mais aussi un point de serrage maximal sur lequel la charge et l’étanchéité sont optimales. Ceci minimise le contact du joint avec le liquide de processus et peut créer un vide.

Ventilateur

Le ventilateur est le composant rotatif d’une pompe centrifuge qui transmet l’énergie du moteur vers le fluide à pomper. Le ventilateur donne au fluide une force centrifuge. Comme relevé, une géométrie optimale du ventilateur peut contribuer à abaisser le NPSHR. En corollaire avec le ventilateur, se pose la question de savoir si un écrou de ventilateur doit être placé ou pas. L’option sans écrou de ventilateur est plus hygiénique, mais c’est plus sûr avec un écrou de ventilateur. Lors du démarrage, le sens de rotation du moteur peut, en effet, être opposé à celui du ventilateur – quand la notice explicative n’est pas bien suivie – et ce dernier peut alors se détacher.

L’option sans écrou de ventilateur est plus hygiénique, mais c’est plus sûr avec un écrou de ventilateur.

Connexion

La connexion de la pompe sur le moteur peut aussi jouer un rôle. Souvent, il s’agit d’un assemblage par cale: une cale est placée dans l’évidement dans l’arbre et le moyeu, et transmet le mouvement de rotation au ventilateur. Il existe aussi des pompes qui utilisent une construction de serrage avec des boulons, ce qui améliore l’équilibre, diminue l’usure et permet de plus petites tolérances dans la pompe.

RESPECT DU PRODUIT

Les consommateurs sont – certainement par temps de crise – plus critiques que jamais. Les entreprises alimentaires et leurs fournisseurs doivent donc livrer des produits finis impeccables. Les dommages au produit (à la texture de l’aliment) lors du pompage doivent donc être évités autant que possible. Ces dommages apparaissent quand des collisions ou des frottements se produisent pendant le processus de pompage.

Régimes

Le mythe dominant veut que des régimes plus élevés augmentent les dommages causés au produit. Mais rien n’est plus faux. En effet, il faut de l’énergie pour endommager le produit. Des tests à trois vitesses différentes (voir graphique ci-dessus) ont montré que les vitesses plus basses créent plus d’énergie, pouvant endommager le produit. Un meilleur rendement était obtenu à des régimes plus élevés.

Best efficiency point

les pompes centrifuges

Une donnée importante est ici le Best Efficiency Point (BEP, voir graphique). Sur ce point, sont indiqués la hauteur de refoulement et le débit auxquels la pompe fonctionne avec le plus d’efficacité. Le BEP est également toujours un résultat théorique qui ne peut pas toujours être atteint en pratique, mais qui doit être visé en tout cas. Il se peut donc que la pompe doive tourner à des régimes plus élevés pour atteindre un débit plus élevé (et se rapprocher du BEP). Ceci a l’avantage de pouvoir engager une pompe plus petite – avec variateur de fréquence ou variable frequency drive (VFD, voir tableau), plus avantageuse à l’achat. Aux USA – où l’on pompe en standard à 3.600 tr/min. (60 Hz), par rapport aux 3.000 tr/min. (50 Hz) standard en Europe, l’utilisation de régimes supérieurs est la pratique quotidienne.

 

EHEDG

les pompes centrifuges

L’European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) est un consortium de constructeurs de machines, producteurs d’aliments, instituts d’étude et autorités de santé publique. Il a été fondé en 1989 dans le but de favoriser l’hygiène pendant la production et l’emballage des aliments. L’objectif principal de l’EHEDG consiste à favoriser les aliments sûrs par l’amélioration de l’ingénierie et de la conception hygiéniques dans tous les aspects de la production alimentaire.