Tout est dans le principe de fonctionnement

Maulburg, Germany Les pompes à vide jouent un rôle important dans l'emballage des produits alimentaires frais. Quelle pompe à vide atteint le facteur d'efficacité le plus élevé ? Une comparaison directe peut répondre à cette question, à condition que le dispositif de test ait été conçu de façon pertinente. Une étude comparative publiée récemment suggère la supériorité d'une pompe à vide à vis à bain d'huile. Cependant, ce résultat n'a été obtenu qu'en utilisant une configuration de test qui semble très irréaliste. Depuis, l'organisme de contrôle indépendant TÜV Süd a également effectué une comparaison des pompes à vide concernées. Il s'agissait de simuler de manière réaliste un procédé industriel standard. Dans ces conditions, le résultat est clairement en faveur de la pompe à vide à palettes lubrifiées.
Fig. 1: Consommation électrique avec un moteur standard. Source: Busch Vacuum Solutions
Fig. 1: Consommation électrique avec un moteur standard. Source: Busch Vacuum Solutions

Cet article analyse les deux tests comparatifs. Par souci de clarté, ils sont désignés ci-après par les termes Test 1 et Test 2. Pour une meilleure lisibilité, la pompe à vide à vis à bain d'huile est abrégée en PVBH et la pompe à vide à palettes lubrifiées, est abrégée PVPL

Test 1 : Contrôle en fonction de la demande ou fonctionnnement à pleine charge
Ce test a été initié par le fabricant de la pompe à vide à vis à bain d'huile (PVBH). L'entreprise est spécialisée principalement dans les compresseurs, et la machine en question est un dérivé de la technologie des compresseurs. Elle a été comparée à une pompe à vide à palettes lubrifiées (PVPL) R 5 RA 0630 C de Busch. Cependant, la configuration de l'essai ne permet pas une comparaison réaliste pour plusieurs raisons.
Le cycle de test a simulé différents procédés utilisant du vide. Toutefois, les interruptions de production, y compris les temps d'arrêt nocturnes pendant lesquels la PVPL, contrairement à la PVV, continuait à fonctionner, étaient aussi évidemment incluses. Lors du test, la PVBH a été utilisée comme partie d'un système comprenant des variateurs de vitesse et un système de commande intégré qui arrêtait la pompe à vide pendant les pauses. D'autre part, la PVPL était apparemment connectée comme une machine isolée qui fonctionnait en permanence à pleine puissance.
Le test 1 a, pour ainsi dire, comparé des pommes et des poires. La pompe à vide fonctionnant en continu consomme naturellement plus d'électricité que sa contrepartie régulée, qui s'arrête automatiquement lors des pauses. La PVPL aurait également pu être équipée d'un variateur de vitesse et d'un système de contrôle. Busch propose une telle version de cette pompe à vide. Cela aurait créé des conditions de départ similaires. De toute évidence, cela n'a pas été fait. Malheureusement, la description du test manque d'informations précises sur ces conditions de la structure, pourtant essentielles.
En raison de sa conception, une PVPL a en général la consommation d'énergie la plus élevée dans la phase de démarrage, entre la pression atmosphérique et environ 300 mbar (Fig. 1). Cependant, la consommation électrique diminue considérablement à mesure que la pression d'aspiration diminue. En revanche, une PVBH consomme à peu près la même quantité d'énergie entre la pression atmosphérique et la pression finale. Cela signifie qu'une PVPL nécessite beaucoup moins d'énergie dans la plage de fonctionnement entre la pression finale et 100 mbar qu'une PVBH.

Test 2 : Conditions égales
Le second test comparatif (Fig. 2) a été récemment effectué par l'organisme de test indépendant TÜV Süd. C'est l'un des principaux organismes de ce type. Les mêmes pompes à vide que dans le test 1 ont été utilisées, mais cette fois-ci, le fonctionnement réel a été simulé, sans pause ni arrêt nocturne. Le test 2 a simulé le cycle de fonctionnement d'une machine d'emballage sous vide. Il s'agit d'une utilisation courante des pompes à vide dans l'industrie. Comme c'est souvent le cas pour de telles applications, les deux pompes à vide ont également été secondées par une pompe booster identique. De plus, le montage et la procédure de test ont été vérifiés par un fabricant bien connu de machines d'emballage sous vide qui a validé l'installation comme une simulation réaliste.
L'application choisie en exemple est une machine d'emballage avec un grand volume de chambre, telle que celle utilisée pour l'emballage de viande ou de fromage. Typiquement, une telle machine avec alimentation automatique du produit traite plusieurs cycles par minute.
Lors du test, la machine d'emballage à été simulée par une chambre de 300 litres et d'un système de tuyauterie de 11,5 mètres de long entre la chambre, la pompe booster et la pompe à vide. La chambre a été évacuée de manière cyclique à un niveau de vide de 5 mbar.
Le temps d'évacuation dépendait de la performance des pompes à vide. Le temps entre les cycles d'évacuation a été fixé à 14 secondes, un laps de temps typique pour des machines d'emballage de cette taille. Le temps d'évacuation de la pompe au vide demandé et leur consommation d'énergie ont été enregistrés. 


Fig. 2: Installation de test réaliste avec réservoir de vide, pompe booster et pompe à vide testée en tant que pompe primaire

Des résultats sans ambiguïté
Les résultats des différents tests ont toujours été sans ambiguïté : la pompe à vide à palettes lubrifiées (PVPL) évacue plus rapidement (Fig. 3) et consomme moins d'énergie que la pompe à vide à vis (PVBH). En fonction de la vitesse programmée de la PVPL, il en résulte des temps d'évacuation encore plus courts ou des économies d'énergie accrues. Par exemple, la PVPL est 11 % plus rapide en mode 40 Hertz, et permet, en comparaison, d'économiser 42 % de la consommation d'énergie. 


Fig. 3: Unités emballées en fonction de la vitesse ou de la conception de la pompe à vide

En plus du temps d'évacuation et l'énergie que cela a consommé, la vitesse de pompage et la consommation d'énergie ont également été mesurées pendant le test en fonction de la pression d'aspiration (Figure 4). La consommation d'énergie spécifique (CES) pour différents niveaux de vide a été calculée à partir de ces valeurs mesurées. Cela donne des informations précises sur le nombre de watts nécessaires pour extraire un mètre cube d'air par heure afin d'atteindre un certain niveau de vide. Ici aussi, la PVPL surpasse la PVBH à tous les niveaux de vide. Les économies d'énergie se situent entre 13 et 73 %. A un niveau de vide de 10 mbar (typique dans la pratique), la PVPL consomme 38 % d'énergie en moins que la PVBH (Fig. 4). 


Fig. 4: Comparaison de la consommation d'énergie spécifique (CES) des pompes à vide testées en fonction de la pression d'aspiration

Une question de principe
Les résultats sont étonnamment clairs. La PVPL est un classique de la technologie des pompes à vide. La R 5 RA 0630 C utilisée ici, bénéficie de décennies d'optimisation technique pour la génération de vide. En revanche, la PVBH est un compresseur transformé. Bien que la génération de vide et la compression concernent toutes deux l'extraction de gaz, les objectifs différents exigent des solutions techniques différentes.
Pour les compresseurs, le taux de compression est généralement de 1:10 ; pour les pompes à vide, il est de 1:100 à 1:1000, donc beaucoup plus élevé. Techniquement parlant, cela signifie que, dans un compresseur à vis, les deux vis et le boîtier peuvent tous être fabriqués avec des tolérances plus élevées. Cela signifie que la fabrication est plus rentable et que le taux de compression visé de 1:100 est atteint, malgré le nombre croissant de fuites internes. Cependant, cela n'est possible que parce qu'il est compensé par une rotation beaucoup plus élevée d'environ 7000 tr/min à pleine charge. La PVPL, en revanche, est une pompe à vide pure avec des pièces de précision et des tolérances minimales, qui réduisent au minimum les taux de fuite internes, et permettent finalement un taux de compression beaucoup plus élevé. Elle assure donc une performance constante du début à la fin de l'évacuation avec une faible consommation d'énergie. Elle ne fonctionne donc qu'à une vitesse maximale de 1000 tr/min. La vitesse inférieure réduit la charge mécanique et donc les besoins de maintenance. Cela permet également d'allonger considérablement la durée de vie et de réduire les coûts du cycle de vie de la machine.
La PVBH, quant à elle, exige un contrôle de pression séparé, au moyen d'une vanne de contrôle d'aspiration, pour éviter une surcharge de la pompe à vide, dans une plage comprise entre 1 000 et 300 millibars. Entre la pression atmosphérique et le vide primaire, elle fonctionne avec des performances considérablement réduites. Ce design et celui adopté pour la construction du compresseur contribuent de manière significative à l'allongement du temps d'évacuation de la pompe.
Ce sont précisément ces différences qui ont eu finalement un impact sur les résultats du test comparatif.

Conclusion
Le test 2 a été effectué dans des conditions réalistes. Les pommes ont été comparées avec des pommes. En d'autres termes, les données réelles sur les performances de la génération de vide ont été recueillies et comparées. La pompe à vide à palettes lubrifiées à l'huile R 5 RA 0630 C (PVPL) de Busch s'est révélée nettement plus performante que la pompe à vide à vis (PVBH) conçue à l'origine à partir d'un compresseur, tant en termes de temps d'évacuation que de consommation énergétique. Les résultats du test confirment la supériorité de la pompe à vide la plus vendue dans cette catégorie de performance. 


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