V15L/V25L/V40L : pompe à palettes sans huile ou pompe à joint d'huile à débit équivalent, comment choisir en calculant le temps de pompage

Les trois paliers 15, 25 et 40 m³/h sont ceux qui reviennent le plus souvent dans le choix d’une pompe à vide à palettes sans huile : à 40 m³/h, une pompe sans huile et une pompe à joint d’huile ont des dimensions, des raccords et un prix proches, mais leur pression limite diffère de deux à trois ordres de grandeur sur la fiche technique. Choisir uniquement d’après le débit de pompage conduit à constater au montage que la pression ne descend pas ; choisir uniquement d’après la pression limite fait payer plus cher pour une plage de pression que la pompe n’utilisera pas. Cet article chiffre les deux cas : temps de pompage, consommation d’énergie et tolérance au taux de fuite, avec les paramètres mesurés des modèles en production présentés sur le site.

I. Où se situe l’écart : deux ordres de grandeur sur la pression limite

90 mbar s’entend comme une pression lue par rapport au vide, soit 9 kPa ; 0.1 mbar en représente un neuf-centième, et 1×10⁻³ mbar un quatre-vingt-dix-millième. Cet écart ne se comble pas en « prenant la pompe un cran plus grande » : la pression limite d’une pompe à palettes sans huile est déterminée par le volume mort ; à chaque tour du rotor, une petite poche de gaz à haute pression est ramenée dans la chambre d’aspiration, et un débit de pompage plus élevé ne permet pas de descendre sous 90 mbar. À l’inverse, si le procédé ne demande qu’un vide primaire de 50~80 mbar, les deux à trois ordres de grandeur de capacité de la pompe à joint d’huile ne sont que de la marge, achetée inutilement.

II. Exemple de calcul du temps de pompage : une enceinte de 1 m³ pompée de la pression atmosphérique à 50 mbar

Dans la plage de vide primaire, on utilise l’approximation isotherme ; le temps de pompage est :

t = (V / S) · ln(p₁ / p₂)

V est le volume de l’enceinte, S le débit de pompage, p₁ la pression initiale et p₂ la pression cible. Avec V = 1000 L, p₁ = 1013 mbar, p₂ = 50 mbar, ln(1013/50) = 3.01.

DPL-V40L : S = 40 m³/h = 11.1 L/s t = 1000 / 11.1 × 3.01 ≈ 271 s, soit environ 4.5 minutes.

DPL-2V28 : S = 27.5 m³/h = 7.64 L/s t = 1000 / 7.64 × 3.01 ≈ 394 s, soit environ 6.6 minutes.

Pour la DPL-V0040A, également à 40 m³/h, le débit de pompage est identique à celui de la DPL-V40L et le temps de pompage idéal est aussi de 271 s : dans ce cas, la pompe à joint d’huile n’a pas d’avantage, car les deux débits de pompage restent proches de leur valeur nominale autour de 50 mbar.

Les valeurs ci-dessus sont idéales et ne tiennent pas compte de la tuyauterie. En technique du vide, on applique couramment un coefficient de 80 % au débit théorique pour tenir compte des pertes de charge de la tuyauterie et des vannes, afin d’obtenir le débit réel : on retient 8.9 L/s pour la DPL-V40L, t ≈ 338 s (5.6 minutes) ; on retient 6.1 L/s pour la DPL-2V28, t ≈ 492 s (8.2 minutes). Cette correction est grossière, mais suffit à juger si le pompage sera terminé ou non. Avec une enceinte plus grande, une tuyauterie plus longue et davantage de vannes, la correction doit être plus forte.

Il faut noter que 271 s ne représente que le temps d’évacuation du gaz. Le dégazage des parois de l’enceinte et les fuites au niveau des surfaces d’étanchéité aplatissent la courbe en fin de pompage ; la lecture au chronomètre pour atteindre réellement 50 mbar sera plus longue que la valeur calculée, et l’écart sera plus marqué à mesure que l’on approche de la pression limite de la pompe. ISO 21360-1:2020 (ISO/TC 112, technique du vide), lorsqu’elle décrit la mesure du débit de pompage par la méthode de pompage, classe aussi la résistance d’écoulement de la tubulure de raccordement à basse pression, le taux de fuite et le dégazage parmi les facteurs influençant le résultat de mesure : le temps calculé ne peut être considéré que comme une limite inférieure.

III. Bilan énergétique : sans huile ne signifie pas économie d’électricité

Consommation électrique par cycle de pompage = puissance × temps :

Dans les trois paliers, la consommation par cycle de la pompe à joint d’huile est un peu plus faible que celle de la pompe sans huile : au palier 15, 0.097 contre 0.070 kWh ; au palier 40, 0.113 contre 0.113 kWh, à égalité ; au palier 25, 0.082 contre 0.090 kWh. La raison est que, à palier équivalent, les puissances moteur sont proches, tandis que la pompe à joint d’huile pompe moins longtemps et reste donc alimentée moins longtemps. Ce que la pompe sans huile économise, c’est l’huile, le brouillard d’huile et le temps de vidange, pas l’électricité. En supposant 200 cycles de pompage par jour et 300 jours par an, la pompe sans huile du palier 25 consomme environ 500 kWh de plus que la pompe à joint d’huile ; ce montant d’électricité est du même ordre que le coût de quelques vidanges et filtres par an, donc lors du choix, ne pas se fier uniquement au compteur électrique.

IV. Comment le taux de fuite rogne la pression limite

Lorsque l’on approche de la limite de la pompe, la pression finale est la somme de trois termes :

p = p_limite + Q / S_effectif

Q est la somme du taux de fuite et du dégazage du système ; S_effectif est le débit de pompage réel après correction. Prenons Q = 5×10⁻² mbar·L/s (une petite enceinte assemblée de façon ordinaire et non contrôlée à l’hélium atteint facilement cet ordre de grandeur) :

DPL-2V28 : S_effectif = 6.1 L/s, Q/S = 0.0082 mbar. La limite de la pompe est de 1×10⁻³ mbar ; la pression réelle s’arrête autour de 9×10⁻³ mbar, soit près d’un ordre de grandeur d’écart. Pour descendre vers 1×10⁻³ mbar, remplacer la pompe par un modèle plus grand ne suffit pas : il faut d’abord ramener Q à l’ordre de 10⁻³.

DPL-V40L : avec le même 5×10⁻² mbar·L/s, S_effectif = 8.9 L/s, Q/S = 0.0056 mbar. Par rapport à la limite de 90 mbar, cette augmentation ne se voit pas sur le manomètre. La pompe sans huile est peu sensible au taux de fuite non pas parce qu’elle est mieux étanche, mais parce que son point de départ est déjà plus haut ; pour exploiter la capacité d’une pompe à joint d’huile, il faut un système propre et un contrôle d’étanchéité à la hauteur.

De même, la pression limite de la DPL-V0025A est de 0.5 mbar et celle de la DPL-V0040A de 0.1 mbar ; avant de choisir ces deux modèles, vérifier la pression réellement nécessaire au procédé : pour un besoin de 5 mbar, la V0040A suffit ; pour un besoin de 0.05 mbar, il faut se tourner vers les deux étages DPL-2V18 / DPL-2V28.

V. Milieu et maintenance : vapeur d’eau, poussière, brouillard d’huile

ISO 21360-2:2020 définit la tolérance à la vapeur d’eau comme « la pression partielle maximale de vapeur d’eau pouvant être transportée sans condensation » et la classe parmi les paramètres à mesurer obligatoirement pour les pompes à vide volumétriques. Dans le choix :

• Pour les produits contenant de la vapeur d’eau ou des solvants (séchage, dégazage, scellage d’emballage), la pompe à joint d’huile doit évacuer les gaz condensables au moyen du ballast de gaz. DPL-2V18 / DPL-2V28 : avec ballast de gaz ouvert, la pression limite est de 1.5×10⁻² mbar, soit un ordre de grandeur de plus qu’avec le ballast fermé ; c’est le prix à payer pour faire passer la vapeur d’eau.
• La pompe sans huile n’a pas de problème d’émulsion d’huile, mais la vapeur d’eau qui se condense dans la chambre de pompage forme tout de même de l’eau liquide ; prévoir une séparation vapeur/eau ou une purge régulière, selon la notice fournie avec la machine.
• En présence de poussière, les deux types doivent être équipés d’un filtre côté aspiration. Si la cartouche filtrante d’une pompe à joint d’huile perd son efficacité, la poussière arrive directement dans le carter d’huile et se transforme en boue ; les premières pièces touchées sont les palettes et les couvercles d’extrémité. Sur une pompe sans huile, un filtre défaillant entraîne une usure de la chambre de pompage, sans l’étape de vidange d’huile.
• Les différences de quantité d’huile correspondent directement aux opérations de maintenance : DPL-2V18 de 0.751.05 L, DPL-2V28 de 1.21.5 L, DPL-V0040A de 1.5 L ; DPL-V15L / V25L / V40L ont une quantité d’huile nulle.
• Bruit : DPL-2V18 / DPL-2V28 à 57 dB(A), les trois modèles sans huile à 61~67 dB(A). Sous capot, la différence est faible ; à côté du poste de travail, elle devient perceptible.

VI. Choix selon le procédé

Deux points à retenir impérativement : premièrement, en zone 60 Hz, la fiche technique indique que certains modèles ne conviennent pas ; confirmer le modèle et la configuration avant commande. Deuxièmement, ne pas chercher à compenser la pression limite par « un débit de pompage d’un cran supérieur » : cela ne compense pas, et ne fait qu’augmenter la consommation électrique et l’encombrement.

Le temps de pompage peut d’abord être estimé avec le calculateur de sélection, puis consulter les explications sur la pression limite et le ballast de gaz dans les questions fréquentes. Pour les modèles mono-étage sans huile, voir DPL-V15L, DPL-V25L, DPL-V40L ; pour les deux étages à joint d’huile, voir DPL-2V18, DPL-2V28 ; pour toute la gamme mono-étage à joint d’huile de 20~110 m³/h, voir DPL-V0025A~V0100.

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