Pompes à membranes

La pompe à membranes est une pompe couramment utilisée dans l’industrie puisqu’elle permet de manipuler des liquides à viscosités variables ainsi que des produits chimiques agressifs. Les pompes à membranes Tapflo sont fabriquées de manière simple, mais robuste et avec 70% de pièces en moins par rapport à d’autres pompes de ce type sur le marché.

Une pompe à membrane, également appelée pompe à diaphragme, utilise une technologie de déplacement positif pour transférer des fluides, souvent utilisés pour des applications nécessitant une haute précision et une grande résistance chimique. Elle est composée de plusieurs éléments clés, organisés en deux parties principales : le côté fluide et le côté air.

1. Structure de la pompe :

La pompe à membrane est équipée de deux chambres principales qui se trouvent de part et d’autre d’un corps central. Ces chambres sont connectées entre elles par des collecteurs (ou manifolds) qui guident le fluide à travers le circuit de la pompe. Les deux membranes flexibles, également appelées diaphragmes, sont positionnées à l’intérieur de chaque chambre, formant ainsi une barrière étanche entre la partie où circule le fluide et celle où circule l’air comprimé. Cette séparation permet de garantir que le fluide pompé ne pénètre jamais dans la zone de commande pneumatique de la pompe, évitant ainsi toute contamination croisée ou détérioration des composants.

2. Le rôle de l’air comprimé :

Le corps central de la pompe abrite la section d’alimentation en air, souvent contrôlée par une valve pneumatique interne qui régule l’entrée et la sortie de l’air. Cette valve dirige l’air comprimé vers l’une des deux chambres, poussant ainsi le diaphragme de cette chambre vers l’avant. Ce mouvement de compression pousse le fluide hors de la chambre correspondante, à travers la sortie, tout en créant une dépression dans l’autre chambre. Cette dépression permet d’aspirer le fluide de l’autre côté, remplissant ainsi la chambre opposée. Les deux diaphragmes, étant montés sur un axe central rigide, se déplacent de manière synchrone : lorsque l’un se contracte, l’autre se dilate, créant un effet de va-et-vient.

3. Le cycle de fonctionnement :

Le cycle de fonctionnement de la pompe à membrane repose sur ce principe de va-et-vient :

• Aspiration : Lorsqu’un des diaphragmes se déplace vers l’arrière, il crée une pression négative dans la chambre, ce qui attire le fluide dans la pompe par la vanne d’entrée (souvent équipée de clapets anti-retour pour éviter le reflux).
• Compression : Simultanément, le diaphragme opposé se déplace vers l’avant sous l’effet de la pression de l’air, ce qui comprime le fluide dans sa chambre et l’expulse par la vanne de sortie.
• Alternance : Le mouvement est ensuite inversé par la valve pneumatique centrale, forçant l’air à changer de côté, et les deux diaphragmes permutent leur rôle. Ce cycle d’aspiration-compression se répète de manière continue tant que l’air comprimé est alimenté.

4. Les avantages de cette technologie :

Le système de pompe à membrane offre de nombreux avantages en raison de sa conception :

• Résistance chimique : Les membranes et les parties en contact avec le fluide peuvent être fabriquées à partir de divers matériaux (PTFE, EPDM, Viton, etc.), rendant la pompe compatible avec des produits chimiques agressifs.
• Adaptabilité : Grâce à sa conception modulaire, la pompe à membrane peut gérer des fluides visqueux, abrasifs, et même des liquides contenant des particules solides sans risque de dégradation.
• Sécurité : Comme il n’y a pas de pièces métalliques en mouvement en contact avec le fluide, ce type de pompe est souvent utilisé pour des applications sensibles où la contamination du produit doit être minimisée (industrie alimentaire, pharmaceutique, traitement des eaux, etc.).
• Polyvalence : La pompe à membrane peut être utilisée pour des applications nécessitant un débit faible ou élevé, avec des pressions variant en fonction de la source d’air comprimé disponible.

5. Application du mouvement et efficacité :

Le mécanisme de la pompe à membrane repose donc entièrement sur la synchronisation entre les mouvements de va-et-vient des deux diaphragmes. La précision de l’action pneumatique permet de réguler le débit de fluide et la pression de sortie de manière très fine, offrant une grande flexibilité selon les besoins de l’application. De plus, le faible nombre de pièces mobiles réduit l’usure et la maintenance, tout en garantissant une efficacité énergétique élevée. Ces caractéristiques font de la pompe à membrane un choix privilégié dans les industries nécessitant un contrôle strict du fluide pompé, telles que les biotechnologies, la chimie ou les procédés industriels exigeants.

Plus d’information sur notre guide du fonctionnement d’une pompe à membrane.

Les pompes à membrane se distinguent par leur conception unique, qui leur confère de nombreux avantages comparativement à d’autres types de pompes, comme les pompes centrifuges, les pompes péristaltiques, ou les pompes volumétriques classiques. Elles sont appréciées pour leur polyvalence, leur robustesse, et leur capacité à manipuler des fluides variés dans des environnements souvent complexes. Voici un aperçu des principaux avantages d’une pompe à membrane :

1. Capacité de fonctionnement à sec :

Contrairement à la plupart des autres pompes, qui nécessitent un amorçage préalable et la présence constante d’un liquide dans leur circuit pour éviter des dommages, la pompe à membrane peut fonctionner à sec sans risque. Ce comportement est rendu possible grâce à la conception de ses diaphragmes et à l’absence de composants en rotation en contact avec le fluide. Cette caractéristique permet d’amorcer la pompe sur plusieurs mètres, facilitant son utilisation dans des conditions de démarrage difficiles, telles que le transfert de liquides depuis des réservoirs situés en contrebas ou le pompage depuis des cuves profondes.

Exemple pratique : Lorsqu’une pompe doit aspirer un liquide à partir d’une citerne souterraine ou traverser des conduites longues, une pompe centrifuge traditionnelle pourrait subir des cavitations, entraînant une détérioration rapide de la turbine. En revanche, une pompe à membrane amorce le fluide efficacement, même si la chambre reste vide au début du cycle.

2. Grande tolérance à la variété de fluides :

Les pompes à membrane peuvent manipuler une vaste gamme de fluides, qu’ils soient aqueux, huileux, visqueux ou même semi-solides. Elles sont capables de pomper des liquides hautement agressifs (acides, bases) ou sensibles (solutions alimentaires, pharmaceutiques) sans se détériorer, car les matériaux des membranes (PTFE, Santoprène, Buna, etc.) sont spécialement sélectionnés en fonction de la nature du fluide. Cela les rend particulièrement polyvalentes pour des applications complexes.

Exemples de fluides compatibles :

• Liquides corrosifs (acide sulfurique, peroxyde d’hydrogène).
• Produits visqueux (miel, résine, peinture).
• Fluide alimentaire (jus de fruit, lait).
• Produits pétroliers (diesel, huiles lourdes).
• Fluides avec particules solides (boues, suspensions).

En comparaison, les pompes centrifuges, par exemple, peuvent souffrir de l’accumulation de particules abrasives qui risquent d’endommager rapidement les pales et les joints.

3. Capacité de pomper des fluides sensibles et abrasifs :

Grâce à leur conception sans pièces mobiles exposées aux fluides et à l’absence de friction directe, les pompes à membrane sont idéales pour transférer des produits sensibles ou abrasifs. Les diaphragmes agissent comme des barrières flexibles, ce qui permet de manipuler des liquides contenant des particules sans risquer de les broyer ou de les émulsionner, préservant ainsi l’intégrité du fluide pompé. De plus, cette conception limite l’usure interne de la pompe, réduisant les coûts de maintenance et augmentant sa durée de vie.

Exemple : Le pompage de suspensions contenant des granulés ou des boues abrasives peut causer des dommages significatifs à une pompe centrifuge en raison de l’usure mécanique des composants. En revanche, une pompe à membrane traitera le même fluide avec un impact minimal sur les membranes et les vannes.

4. Tolérance aux variations de viscosité et de densité :

Les pompes à membrane offrent des performances stables, même lorsque la viscosité et la densité du fluide varient. Contrairement aux pompes volumétriques (comme les pompes à engrenages), qui peuvent rencontrer des difficultés avec des fluides très visqueux, la pompe à membrane adapte naturellement son débit et sa pression en fonction de la résistance du fluide. Cela signifie qu’une pompe à membrane peut transférer un liquide très épais ou très dense sans nécessiter d’ajustements mécaniques.

Exemple : Lors du transfert de mélasses ou de pâte de colle, la viscosité change souvent en fonction de la température ambiante. Une pompe à membrane continue de fonctionner sans ajustement, tandis qu’une pompe volumétrique pourrait nécessiter un changement de paramétrage ou même un moteur plus puissant.

5. Auto-aspirante et auto-régulante :

Les pompes à membrane sont naturellement auto-aspirantes, ce qui signifie qu’elles peuvent initier le transfert de fluide sans la nécessité de dispositifs supplémentaires d’amorçage. De plus, leur conception permet une régulation intrinsèque du débit en fonction de la pression d’air appliquée. Cela simplifie grandement leur installation et leur utilisation, surtout dans des systèmes nécessitant un démarrage et un arrêt fréquents ou dans des environnements où les débits doivent être contrôlés avec précision.

Exemple : Dans des installations de traitement des eaux usées, où le débit d’afflux peut varier considérablement, une pompe à membrane s’ajuste automatiquement pour maintenir le bon volume de traitement, contrairement aux pompes centrifuges qui nécessitent souvent un variateur de fréquence coûteux.

6. Robustesse en environnement difficile :

Les pompes à membrane sont construites pour résister à des environnements de travail exigeants, tels que les chantiers, les sites de production chimique ou les usines agroalimentaires. Leur structure simple, avec peu de pièces en mouvement, les rend moins susceptibles de subir des défaillances mécaniques sous l’effet de vibrations, de variations de pression, ou d’agressions chimiques. Cela en fait une solution fiable pour des applications en conditions extrêmes, où d’autres pompes pourraient rapidement présenter des signes de dégradation.

Exemple : Dans une usine de traitement chimique, une pompe à membrane peut fonctionner dans un environnement corrosif et potentiellement explosif grâce à sa capacité à être fabriquée à partir de matériaux résistants et non réactifs (polypropylène, PVDF, Inox 316L, etc.).

7. Facilité d’entretien et faible coût de maintenance :

Enfin, les pompes à membrane ont un design modulaire, ce qui signifie que l’entretien et le remplacement des pièces usées, comme les diaphragmes ou les clapets, sont rapides et peu coûteux. Contrairement aux pompes à pistons ou à rotor, qui nécessitent souvent un démontage complet pour la maintenance, une pompe à membrane peut être entretenue en intervenant uniquement sur les éléments directement concernés, sans interrompre l’ensemble du processus.

Exemple : Dans un environnement industriel où la disponibilité des équipements est critique, le fait de pouvoir remplacer une membrane en quelques minutes est un atout majeur par rapport aux pompes volumétriques, qui demandent un arrêt prolongé pour effectuer des réparations sur le rotor ou les joints d’étanchéité.

Les pompes à membrane sont utilisées dans de nombreux domaines différents tels que :

• L’agroalimentaire, pour le transfert de produits alimentaires liquides (jus de fruits, les sauces, les soupes, etc.)
• Le pharmaceutique, pour le transfert de produits chimiques sous forme liquide ou gazeuse dans la production de médicaments.
• L’industrie minière, pour le pompage de liquides corrosifs, tels que les acides et les solvants.

Les membranes contenues dans les pompes peuvent être fabriquées avec plusieurs matériaux différents. Les membranes PE HD et PTFE sont conçues pour résister à des liquides corrosifs et abrasifs. Le PTFE possède toutefois une résistance chimique supérieure à celle du PE HD. Il peut donc s’adapter à des acides plus corrosifs et résister à une température plus élevée, allant jusqu’à 100°C. LE PE HD ne peut quant à lui supporter une température supérieure à 70°C.

Il existe également des pompes à membrane en aluminium ou en fonte. Celles-ci conviennent à des liquides au pH neutre, abrasifs, voire contenant des particules solides.

On peut aussi utiliser des membranes en inox dans des cas extrêmes où il faut un matériau qui résistant à la fois mécaniquement et chimiquement. C’est le cas lorsqu’on souhaite manipuler de l’acide nitrique par exemple.

Voici quelques étapes pour entretenir et remplacer la membrane d’une pompe à membrane :

• Examinez régulièrement l’état de la membrane pour s’assurer que celle-ci n’est pas endommagée.
• Nettoyez la membrane en la rinçant avec de l’eau propre pour éliminer les résidus.
• Pour remplacer la membrane, assurez-vous qu’elle soit compatible avec le modèle précédent et suivez les instructions du fabricant.
• Vérifiez que toutes les connexions sont bien serrées et qu’il n’y a pas de fuites.

Le premier critère à prendre ne compte dans n’importe quel type de pompe est le débit de celle-ci. Il indique la quantité de fluides que la pompe peut déplacer par unité de temps. En fonction de l’application qu’on en fait, les besoins en débit varient.

Il faudra également choisir une pompe possédant une étanchéité en accord avec votre niveau de fuite acceptable. En effet, les pompes à membrane sont généralement reconnues pour leur absence de fuite, mais il faudra déterminer ce qui est acceptable en fonction de votre application.

Les pompes à membrane peuvent être utilisées pour des fluides abrasifs ou corrosifs, c’est une particularité qui les démarquent d’autres types de pompes plus classiques. Il faudra toutefois faire attention au type de membrane contenue dans la pompe.

La plupart des pompes à membrane peuvent supporter des températures allant de -10°C à 100°C. Concernant la pression, celles-ci peuvent généralement supporter jusqu’à 15 bars. Mais, il existe des variations en fonction de la membrane contenue dans la pompe et du type de celle-ci (pompe à membrane électrique ou pompe à membrane pneumatique).

Il en existe certaines pompes à membranes qui peuvent traiter des fluides visqueux. Elles sont équipées de têtes de pompe plus grandes pour permettre un débit plus élevé et une résistance accrue à la pression.

Il est tout à fait possible d’utiliser une pompe à membrane pour des fluides avec des particules. Il faudra néanmoins s’assurer que la taille de celles-ci ne dépasse pas le diamètre de passage entre la bille et son siège, car cela risquerait de la bloquer. Il faut donc regarder les spécifications de la pompe et en choisir une adaptée à votre fluide.

Les pompes à membranes étant adaptées pour une grande variété de fluide, il est tout à fait possible de les utiliser pour des fluides hautement concentrés.

Les pompes à membranes en acier, en fonte, voire en inox seront les plus adaptées pour résister aux fluides hautement abrasifs.

Pour les fluides hautement conducteurs électriques, il est important de choisir une pompe à membrane avec une configuration adaptée pour éviter tout risque de choc électrique. Les pompes à membrane pour les fluides conducteurs électriques sont souvent équipées de matériaux isolants pour la tête de pompe, les diaphragmes et les vannes pour empêcher le courant électrique de passer à travers la pompe.

S’il s’agit d’une pompe à membrane électrique, on peut utiliser un variateur de fréquence, qui ajuste la vitesse de rotation du moteur de la pompe, ce qui va réguler la pression et le débit. Si c’est une pompe pneumatique à membrane, on pourra alors installer une vanne de régulation en sortie de pompe pour contrôler la pression et le débit.

La pompe à membrane comprime le fluide en déformant sa membrane, la pompe centrifuge propulse le fluide à l’aide la force centrifuge. Les applications sont aussi différentes. Lorsque le fluide est particulièrement visqueux, abrasif ou corrosif, il vaut mieux utiliser une pompe à membrane. Les pompes centrifuges sont davantage destinées à des applications de traitement des eaux par exemple.

Le prix d’une pompe à membrane dépend énormément de ses caractéristiques tels que son débit, le type de membrane utilisé ou encore son niveau sonore. Le prix oscille généralement entre 700 et 6000€.