Fluides abrasifs fins dans les pompes volumétriques

Qu’est-ce qu’un fluide abrasif fin ?

Un fluide abrasif est un fluide qui provoque une usure accrue du système fluidique en érodant les surfaces par interaction physique. L’érosion peut se produire à partir d’un simple écoulement sur une surface ou par les particules abrasives interférant avec les interactions des composants internes dans une pompe.

Les eaux usées peuvent être de gros contaminants, contenant des pigments intégrés au liquide.

Ceux-ci comprennent les pigments de peinture, les pigments d’encre, le carbone en suspension, les pigments métalliques et le chocolat (en suspension dans du lait, du sirop, etc.). Cet article traitera spécifiquement des particules abrasives en suspension de taille inférieure à 1 mm.

Particules communes causant une abrasion

Naturellement, plus la particule solide est dure, plus elle est préoccupante pour l’usure de la pompe. Les pigments durs tels que le dioxyde de titane (TiO ₂ ) (dureté de 6 sur l’échelle de Mohr) peuvent rapidement user les composants métalliques non durcis en interaction. Cependant, même les pigments mous peuvent user des composants non métalliques tels que des engrenages en plastique ou des clapets anti-retour en caoutchouc. Si possible, tous les composants mobiles doivent être plus durs que les particules pompées. Cependant, la sélection des matériaux les plus durs à un coût qui peut ne pas être nécessaire. Par conséquent, il est important d’avoir une bonne connaissance du fluide et de communiquer ces informations aux ingénieurs en charge de la conception des pompes.

La taille des particules affectera également le choix de pompe. Les pompes conçues avec des matériaux ultra-durs tels que l’alumine (Al₂ O₃) peuvent se lier si la taille du pigment est supérieure à l’espace libre dans la pompe. Les pompes utilisant des composants souples tels que le plastique ou le caoutchouc peuvent être plus tolérantes aux grosses particules mais resteront sensibles à l’usure abrasive.

Effet de la viscosité

La viscosité du liquide affecte l’abrasivité de la combinaison liquide/pigment. Les fluides à viscosité plus élevée développent un film fluide plus robuste qui amortit les pigments. Cela est particulièrement vrai dans les configurations telles que les paliers hydrodynamiques . La viscosité joue un effet moindre lorsqu’un contact intentionnel entre les composants est requis, comme l’interaction des dents d’engrenage.

Conditions de fonctionnement

Des études ont montré que l’usure par abrasion est liée au carré de la vitesse. Pour cette raison, de nombreux fournisseurs de pompes suggèrent de surdimensionner la pompe et de la faire fonctionner à une vitesse plus lente. Ce n’est pas idéal pour les paliers hydrodynamiques et les fuites internes . Cependant, l’usure par abrasion est généralement la principale préoccupation et les autres effets peuvent être surmontés.

Type de pompe

Le type de pompe sélectionné est extrêmement important pour les fluides abrasifs. Les pompes volumétriques rotatives ont généralement un contact composant-composant. L’utilisation de ces pompes pour liquides abrasifs nécessite des matériaux durs tels que :

• Céramique (Alumine ou Zircone)
• Carbures (carbure de tungstène)
• Aciers trempés
• Revêtements durs

Chaque matériau a des compromis tels que la fabrication, le coût, la corrosivité, etc. Le style de la pompe affecte également les matériaux disponibles. Les pompes à engrenages externe, par exemple, ne peuvent pas utiliser d’engrenages en céramique car les angles vifs subiront une rupture fragile.

Les pompes utilisant des élastomères dans le trajet d’écoulement, telles que les pompes à membrane, n’ont souvent pas de contact composant-composant. Cependant, l’élastomère mou est soumis à l’érosion simplement par le matériau abrasif s’écoulant autour des bords à grande vitesse. De plus, le caractère pulsé de certaines pompes est incompatible avec certaines applications telles que le jet d’encre continu sans inclure des amortisseurs d’impulsions coûteux.

Etanchéité

Les abrasifs fins sont catastrophiques pour les joints coulissants. Les joints coulissants, de par leur nature, sont réalisés dans des matériaux souples coulissants sur des matériaux durs. De petites particules abrasives se glissent facilement entre les surfaces de glissement et usent rapidement le matériau du joint souple.

Une solution consiste à utiliser un couplage magnétique tel que celui que l’on trouve dans les pompes à engrenages couplées magnétiquement. C’est une excellente solution pour les liquides abrasifs à condition que la taille des particules soit petite et que les particules ne soient pas magnétiques.