Comparaison des différents types de pompes de dosage

En ce qui concerne l'abrasivité et l'usure

  1. Résumé

    Quelle pompe de dosage est capable de traiter de manière fiable des fluides très visqueux, abrasifs et sensibles au cisaillement, tout en tolérant des modifications d’écoulement de ces fluides ?
    La solution : une pompe de dosage basée sur le principe du déplacement positif. Un représentant bien connu de ce type de pompe est la pompe à cavité progressive, également connue sous le nom de PCP. La PCP combine les propriétés de dosage du fluide avec un faible niveau d’usure et de friction, ce qui permet d’obtenir une longue durée de vie et une efficacité énergétique accrue.

  2. Introduction

    Dans l’industrie électronique, on distingue trois applications de dosage différentes : le scellement avec des silicones ou des polymères chargés, l’application de pâtes à très forte teneur en charges et l’utilisation d’adhésifs pour assembler des composants. Un grand nombre de fluides utilisés dans ces applications contiennent des charges et ces charges affectent les propriétés spécifiques du milieu. Elles peuvent par exemple affecter la conductivité thermique, la dureté de surface, l’isolation électrique, la résistance aux UV, le temps de durcissement ou de gélification ou la thixotropie. En raison de leur abrasivité, ces charges posent des exigences élevées aux composants de dosage en ce qui concerne l’usure.

    Différents types de pompes se sont imposés sur le marché :

    • • la pompe péristaltique
    • • la pompe à piston
    • • la pompe à engrenages
    • • la pompe à cavité progressive

    Toutes les pompes énumérées ci-dessus fonctionnent selon le principe du déplacement positif (continu ou discontinu). Les facteurs déterminant le choix d’une pompe pour une application de dosage sont la viscosité, la résistance chimique et l’abrasivité du fluide, ainsi que la quantité à appliquer par unité de temps et la précision de dosage requise. Une représentation simplifiée des effets de l’usure et du frottement est présentée ci-dessous, basée sur le concept de tribologie. Le système tribologique selon le principe du déplacement positif est mieux représenté comme un système d’abrasion du revêtement dans lequel les particules sont transportées par le mouvement relatif du rotor/piston/engrenage (voir Fig. 1).

    Tribologisches Gleitverschleiß-System

    Tribologisches Gleitverschleiß-System

  3. Tribologie des élastomères et des plastiques

    Le « tribosystème » des élastomères et des plastiques est décrit par la combinaison de l’interaction entre les surfaces en mouvement et l’environnement. Cette interaction comprend des réactions mécaniques, physiques, chimiques, thermochimiques et tribochimiques. Les élastomères de ViscoTec, en tant que matériaux hautement élastiques, ont été optimisés à cet effet et présentent d’excellentes propriétés par rapport à d’autres polymères (par exemple une bonne résistance à l’usure et aux produits chimiques).

    En principe, trois types d’usure peuvent se produire dans les pompes et les systèmes de dosage mentionnés ci-dessus. Dans un souci d’exhaustivité, l’usure par érosion est également expliquée ici.

    • l’usure abrasive
    • l’usure des adhésifs
    • l’usure tribochimique
    • l’usure par érosion

    L’usure abrasive est le principal type d’usure. C’est le principal facteur déterminant la durée de vie des composants en élastomère et en plastique. L’abrasion provoque une usure sous forme de micro-fracturation et de ramollissement de la surface de contact. Le mécanisme d’abrasion est influencé par de nombreux facteurs, notamment les coefficients de frottement, la pression, les caractéristiques de la surface, la vitesse de glissement, la température, le module d’élasticité et la résistance à la fatigue. L’usure adhésive est le type d’usure qui se produit entre une surface (élastomère, plastique) et un partenaire de frottement lisse (par exemple le métal). Si la vitesse de glissement est relativement faible, la surface de l’élastomère ou du plastique est déformée (frottement statique). L’usure tribochimique est un type d’usure qui est causée par le milieu à la suite de l’activation de la surface affectée (élastomère, plastique) en raison de la friction ou d’une réaction chimique. L’usure des couches est généralement déclenchée par une réaction chimique. Les réactions tribochimiques ne conduisent pas à une défaillance soudaine des composants soumis à la contrainte, mais provoquent une diminution progressive des propriétés de résistance des plastiques et des élastomères. L’usure par érosion est un type d’usure dans lequel la matière est enlevée par des particules qui volent librement, qui se déplacent en sillonnant et/ou qui se heurtent. Si les particules sont transportées dans un milieu liquide, on parle d’usure hydro-érosive, qui se produit principalement à des vitesses d’écoulement élevées.

  4. Comparaison des types de pompes (pompes à déplacement positif)

    Les avantages et les inconvénients des systèmes communs de pompes de dosage dépendent du milieu de dosage (viscosité, abrasivité, résistance chimique) et des paramètres du process (débit, précision, durée du cycle). Le tableau 1 compare les différents types de pompes volumétriques sur la base de certaines propriétés.

    Pumpentypen-Vergleich nach dem Verdränger-Prinzip.

    Comparaison des types de pompes selon le principe du déplacement positif

    Les pompes péristaltiques sont adaptées aux fluides de faible à moyenne viscosité. En raison de leur conception, ces pompes génèrent de fortes pulsations. Le champ d’application de ces pompes dans la technologie de dosage est donc limité. La fonctionnalité des pompes péristaltiques est fortement déterminée par le matériau des tubes utilisés et l’épaisseur de leurs parois. Les composants abrasifs et chimiques ont un effet significatif sur le nombre de cycles quant à la résistance à la flexion du tube. Dans certains cas, cette technologie de pompage peu coûteuse est également utilisée avec des fluides abrasifs.

    Les pompes à engrenages engrenages sont adaptées aux applications qui nécessitent un dosage uniforme. Dans le cas de faibles viscosités, la pompe a tendance à avoir un débit irrégulier lorsqu’il y a contre-pression. Les fluides ayant une teneur en charge moyenne à élevée provoquent un fort cisaillement du produit sur la surface de contact des engrenages, ce qui entraîne une forte usure. La destruction et la dégradation des charges (par exemple des billes de verre creuses pour améliorer l’écoulement) sont donc inévitables.

    Les avantages de la pompe à piston sont la capacité de dosage élevée pour pratiquement tous les fluides – de faible à haute viscosité. Des pressions élevées sont possibles grâce à leur conception robuste. Le temps de remplissage des pistons détermine le temps de cycle des applications de dosage. En revanche, le dosage continu n’est possible que dans une mesure limitée ou avec un piston de taille appropriée. Ici aussi, les fluides abrasifs provoquent une usure abrasive ou tribomécanique au niveau de la surface de contact entre la paroi du piston et le piston. Les sièges des soupapes d’entrée et de sortie sont particulièrement touchés par ce phénomène.

    En principe, la pompe à vis excentrée convient pour le dosage de fluides de faible à forte viscosité et pâteux. Cependant, si l’on compare les différentes pompes volumétriques, la pompe à vis excentrée offre également des conditions idéales pour le dosage des fluides abrasifs. Un débit volumétrique régulier, généré par le principe du piston sans fin, empêche la sédimentation des charges à densité variable. Les pressions relativement faibles de 40 bars (par rapport aux pompes à piston et à engrenages) et la géométrie du rotor-stator spécialement développée garantissent une réduction de l’usure grâce à un débit extrêmement faible, à des pulsations faibles voire nulles et à l’absence de reflux dans les différentes chambres. Par conséquent, l’usure par abrasion et par adhérence est réduite au minimum. ViscoTec est également capable de contrecarrer les réactions tribochimiques dans le stator avec des composés élastomères qui ont été développés en interne pour les milieux chimiquement agressifs. La combinaison rotor-stator fabriquée avec précision, associée à une connexion spéciale du rotor, garantit un comportement de roulement idéal et donc un résultat de dosage exact et précis.

  5. Les types d’usure des différents types de pompes

  6. En résumé

    Il serait tout à fait inapproprié de classer les pompes de dosage dans la catégorie « bonne » ou « mauvaise ». Il est beaucoup plus important de faire correspondre le système de dosage aux besoins de dosage existants. Un fonctionnement à cycle court, cyclique ou continu influence la durée de vie des composants de dosage tout autant que les fluides de faible à forte viscosité, à structure sensible et à forte teneur en charges. Les valeurs de perte tribologique telles que la force de friction, les fuites, l’usure, le vieillissement et la géométrie de contact influencent la facilité d’utilisation de la pompe de dosage correspondante, adaptée au fluide.

    Les réactions chimiques, en revanche, affectent les mécanismes d’usure de la pompe, tels que la déformation plastique, l’abrasion, la friction adhésive et la mécanique de rupture. Une conception optimale des composants de dosage pour les fluides abrasifs ou chimiquement agressifs ne peut souvent être obtenue que par des essais préliminaires et des étapes de qualification définies. Enfin, le prix sera également un facteur dans la sélection d’une pompe spécifique. ViscoTec améliore et optimise en permanence ses pompes de dosage afin de répondre aux exigences croissantes et changeantes des matériaux sur le marché. Une grande partie de notre travail de développement se situe dans le domaine de la recherche sur les produits, en se concentrant sur la résistance chimique et la résistance à l’usure ainsi que sur la fonctionnalité.