Apprenez comment fonctionnent les pompes à vide, les principales pièces et pourquoi nous les utilisons. Cet article détaille le principe de fonctionnement de base des pompes à vide à un étage et à deux étages pour les ingénieurs HVAC. Pour plus d’articles sur le génie climatique CLIQUEZ ICI.
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Qu’est-ce qu’une pompe à vide ?
Les pompes à vide sont largement utilisées par les ingénieurs en climatisation et réfrigération pour éliminer l’air ou les non-condensables tels que l’eau du système. Nous devons les retirer du système car ils entraînent un fonctionnement inefficace du système de réfrigération et peuvent également corroder les pièces internes.
Cette procédure est effectuée avant la charge d’un nouveau système ou lorsqu’un système existant a subi quelques réparations où le réfrigérant a déjà été récupéré. Dans les deux cas, il y a une chance que l’air et l’humidité aient contaminé le système.
Où sont-elles connectées ?
Sur un système de climatisation typique, vous verrez ces pompes à vide connectées via un collecteur à travers le côté haute et basse pression du système. Une meilleure façon de procéder est de retirer le collecteur et de connecter la pompe à vide à la ligne d’aspiration avec un manomètre connecté à la ligne de liquide, car c’est le point le plus éloigné du système, de sorte que vous obtenez une lecture réelle.
Nous avons fait équipe avec notre ami Bryan sur HVAC school pour cet article. Sa vidéo YouTube vous montre comment connecter une pompe à vide à un système réel et vous donne de nombreux conseils techniques pour améliorer vos connaissances et vos compétences. Pour regarder sa vidéo YouTube dehors CLIQUEZ ICI.
Les principales pièces d’une pompe à vide
Si nous prenons une pompe à vide standard qui ressemble à quelque chose comme ci-dessous.
Nous avons le moteur électrique à l’arrière, le compresseur à l’avant, une poignée en haut et une base de support en bas. Nous avons ensuite une entrée qui se connecte au système pour retirer l’air du système et nous avons également l’échappement pour disperser cela dans l’atmosphère. Sur le devant de la section du compresseur, nous trouverons un voyant de niveau d’huile afin que nous puissions savoir combien d’huile est dans la chambre ainsi que son état.
En démontant l’unité, nous pouvons voir que nous avons un ventilateur et un boîtier de protection monté à l’arrière du moteur. A l’intérieur du moteur, nous avons le stator avec les bobines. Concentrique à celui-ci, nous avons le rotor et l’arbre qui entraîne le compresseur. À l’avant, nous avons la chambre de compression. Il s’agit d’une version de compresseur à deux étages qui nous permet d’obtenir un vide plus profond et nous avons donc deux chambres de compression. À l’intérieur des chambres se trouvent les rotors du compresseur et les palettes qui évacuent l’air du système. Au sommet de la chambre de compression se trouve une valve à lames qui évacue l’air. Lorsque nous retirons le boîtier de protection du ventilateur, nous voyons que celui-ci est relié à l’arbre qui traverse la pompe. Le ventilateur est utilisé pour refroidir le moteur électrique et souffle de l’air ambiant sur le boîtier pour le dissiper. Les ailettes sur le boîtier augmentent la surface du boîtier ce qui permet d’éliminer plus de chaleur indésirable.
À l’intérieur du moteur
À l’intérieur du moteur, nous avons le stator qui est enroulé avec des bobines de cuivre. Lorsqu’un courant électrique circule dans les bobines de cuivre, il génère un champ magnétique. Le rotor est affecté par ce champ magnétique et cela le force à tourner. Le rotor est relié à l’arbre et l’arbre s’étend sur toute la longueur de la pompe, du ventilateur au compresseur. De cette façon ; lorsque le rotor tourne, le compresseur aussi et c’est ce que nous utilisons pour créer l’effet de vide et évacuer l’air d’un système.
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Juste pour noter, lorsque nous pensons à un vide ; nous pensons à une force d’aspiration mais ce n’est pas réellement le cas. Nous allons détailler pourquoi plus loin.
Inside The Compressor
Si nous regardons à l’intérieur du compresseur, nous pouvons voir que nous avons l’entrée, qui est connectée au système que nous évacuons. Nous avons ensuite la sortie et la valve à lames qui évacue l’air et l’humidité qui est extraite.
Au centre, nous avons le rotor de compression et la chambre de compression. Remarquez que le rotor est monté de manière excentrique à l’intérieur de la chambre, ce qui signifie qu’il n’est pas parfaitement central, c’est une caractéristique clé que nous verrons en détail ci-dessous. L’arbre se connecte au rotor et va le faire tourner.
Montées à l’intérieur du rotor, il y a deux ailettes à ressort. Les ressorts essaient toujours de pousser les palettes vers l’extérieur mais elles sont maintenues en place par les parois de la chambre de compression. Les extrémités des palettes sont toujours en contact avec la paroi et il y a une fine couche d’huile qui aide à former un joint entre les deux. Lorsque le rotor tourne, les ressorts continuent de pousser les palettes vers l’extérieur afin qu’elles suivent le contour de la chambre de compression.
Lorsque la pompe démarre, le rotor va se déplacer à travers l’entrée et exposer une zone à l’intérieur de la chambre de compression. Cette zone sera à une pression inférieure par rapport à la pression à l’intérieur du système ; ainsi, l’air et l’humidité à l’intérieur du système de réfrigération vont se précipiter pour essayer de remplir cette région vide.
Pourquoi cela se fait-il ?
La pression s’écoule toujours de la haute vers la basse, donc si nous avons connecté par exemple ; deux ballons de pressions différentes, les gaz vont se déplacer du côté haute pression vers le côté basse pression jusqu’à ce que les deux soient de pression égale. Le côté basse pression est un vide, mais il n’aspire pas les gaz, le côté haute pression les pousse vers l’intérieur. C’est l’effet du vide. Les gaz veulent s’égaliser et s’écouleront d’une haute pression vers une basse pression. Les gaz essaient d’égaliser la pression entre des régions connectées.C’est pourquoi nous utilisons une pompe à vide pour créer une région de plus basse pression afin que les gaz indésirables
à l’intérieur d’un système de réfrigération se précipitent hors du système pour essayer de remplir cette région de plus basse pression.
Dans notre scénario, le tuyau de connexion et la nouvelle zone de basse pression à l’intérieur de la chambre de compression deviennent une extension du système de réfrigération, donc les gaz du système vont se précipiter pour remplir cette zone et essayer de rendre la pression entre ces deux-là égale. Cependant, c’est un piège, car lorsque le rotor continue de tourner, la seconde ailette s’introduit et piège ce volume de gaz dans la chambre entre les deux ailettes. L’autre ailette passe à travers l’entrée et crée une autre zone de basse pression, de sorte que davantage de gaz s’engouffre pour remplir ce vide, encore et encore. Lorsque le compresseur tourne, le volume de la chambre va commencer à diminuer, c’est pourquoi le rotor n’est pas parfaitement centré afin de pouvoir faire varier le volume des gaz piégés. Cette diminution de volume va comprimer les gaz dans un espace plus étroit, cela va augmenter la pression et la température.
Il continue à tourner dans un volume plus petit jusqu’à ce que la pression devienne suffisamment élevée pour qu’elle force la valve à lames à l’échappement à s’ouvrir et que les gaz soient évacués.
Le compresseur continue à tourner et, ce faisant, le lot suivant de gaz est aspiré dans le système et ce cycle se poursuit.
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La plupart des pompes à vide seront à deux étages, ce qui signifie qu’il y a deux chambres de compression reliées en série, l’échappement du premier compresseur se reliant directement à l’entrée de la deuxième chambre. Cette conception permet à la pompe d’atteindre un vide plus profond.
Conception à deux étages
Lorsque nous avons un seul compresseur ; la sortie pousse contre la pression atmosphérique, comme détaillé ci-dessus. Mais avec la conception à deux étages, la sortie pousse contre une pression beaucoup plus basse qui est simplement l’entrée du deuxième compresseur en rotation et la région de basse pression qu’il crée pendant cette rotation.
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Alors que la pompe à vide continue à fonctionner, elle finira par tirer les gaz hors du système fermé, ce qui réduira la pression en dessous de la pression de l’atmosphère qui entoure l’extérieur du système.
Alors que la pression diminue, toute humidité dans le système deviendra plus facile à faire bouillir et à évaporer. On peut ajouter un peu de chaleur avec une lampe chauffante ou un pistolet thermique pour l’aider à se vaporiser.
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