En son cœur, une pompe à vide à eau circulante fonctionne en utilisant une turbine excentrée tournant rapidement pour créer un anneau d'eau. Cet anneau d'eau rotatif agit comme une série de pistons liquides. L'espace entre les aubes de la turbine et l'anneau d'eau s'étend d'abord pour aspirer le gaz, puis se comprime pour expulser ce gaz, générant un vide continu.
L'idée clé est que la pompe n'utilise pas le flux d'eau pour « siphonner » l'air. Au lieu de cela, elle utilise la masse physique d'un anneau d'eau rotatif comme joint dynamique et piston, créant un vide grâce à un cycle répétitif d'expansion et de compression de volume.
Le principe fondamental : le "piston liquide"
Pour comprendre comment cette pompe fonctionne, vous devez visualiser la relation entre la turbine et l'eau à l'intérieur du corps de pompe. L'ensemble du processus est une action mécanique astucieuse.
La turbine excentrique
La base du fonctionnement de la pompe est sa turbine montée de manière excentrique. Cela signifie que le rotor avec ses aubes est délibérément placé excentré à l'intérieur du carter cylindrique de la pompe. Ce décalage est essentiel.
Formation de l'anneau d'eau
Lorsque la pompe est mise en marche, la turbine tourne à grande vitesse. Elle recueille l'eau du réservoir et, sous l'effet de la force centrifuge, la projette contre la paroi extérieure du corps de pompe. Cela forme un anneau d'eau stable et uniforme qui co-tourne avec la turbine.
La course d'aspiration (expansion)
Puisque la turbine est excentrée, à mesure que ses aubes tournent, l'espace entre le moyeu de la turbine et la surface intérieure de l'anneau d'eau change constamment. D'un côté de la rotation, les aubes s'éloignent de l'anneau d'eau, ce qui provoque une augmentation du volume de cet espace. Cette expansion crée une chute de pression, aspirant le gaz du système par l'orifice d'aspiration.
La course d'échappement (compression)
À mesure que les mêmes aubes continuent de tourner de l'autre côté, la conception excentrée les force à se rapprocher de l'anneau d'eau. Cela diminue le volume de l'espace, comprimant le gaz qui vient d'être aspiré. Ce gaz comprimé est ensuite expulsé par l'orifice d'échappement.
Action continue et cyclique
Ce processus d'aspiration et de compression se produit en continu avec chaque aube pour chaque rotation de la turbine. Ce cycle continu crée un vide stable et fiable.
Comprendre les compromis
Bien qu'efficace, cette conception de pompe présente des avantages et des limites spécifiques que vous devez prendre en compte. C'est un outil essentiel pour certaines tâches, mais inadapté à d'autres.
Limitation : niveau de vide ultime
Le vide le plus profond qu'une pompe à eau circulante peut atteindre est limité par la pression de vapeur de l'eau elle-même. À mesure que la pression diminue, l'eau commencera à bouillir (même à température ambiante), et la pompe ne fera que pomper de la vapeur d'eau. Cela limite généralement son vide ultime à environ -0,098 MPa (ou 2 kPa de pression absolue), ce qui est considéré comme un vide modéré ou grossier.
Avantage : conservation de l'eau
Le système utilise une quantité fixe d'eau dans un réservoir qui est constamment recirculée. C'est un avantage majeur pour les laboratoires qui ont des ressources en eau limitées ou une faible pression d'eau, car il ne dépend pas d'une connexion constante au robinet.
Avantage : robustesse et polyvalence
La conception ne comporte pas de pièces métalliques coulissantes avec des tolérances serrées, ce qui la rend mécaniquement simple et très robuste. Elle peut gérer certaines vapeurs chimiques qui pourraient endommager des pompes plus sensibles à base d'huile. L'eau circulante sert également à refroidir la pompe et tout dispositif de réaction connecté.
Faire le bon choix pour votre application
Utilisez ces points pour déterminer si une pompe à vide à eau circulante répond aux besoins de votre projet.
- Si votre objectif principal est un vide de laboratoire général pour des tâches comme la filtration, la distillation ou l'évaporation rotative : Cette pompe est un excellent choix, économique et fiable.
- Si votre objectif principal est d'atteindre un vide élevé ou ultra-élevé pour la science des surfaces sensible ou la spectrométrie de masse : Cette pompe n'est pas adaptée ; son vide est physiquement limité par les propriétés de l'eau.
- Si votre objectif principal est la conservation de l'eau et la simplicité d'utilisation : La conception autonome et à recirculation en fait un outil idéal et nécessitant peu d'entretien.
Comprendre le principe du « piston liquide » de cette pompe vous permet de la sélectionner et de l'utiliser efficacement pour les bonnes applications.
Tableau récapitulatif :
| Caractéristique | Description |
|---|---|
| Principe fondamental | Utilise une turbine excentrique pour former un anneau d'eau rotatif qui agit comme un piston liquide |
| Course d'aspiration | Le volume s'étend pour aspirer le gaz, créant un vide |
| Course d'échappement | Le volume se comprime pour expulser le gaz |
| Niveau de vide | Vide modéré, limité par la pression de vapeur de l'eau (environ -0,098 MPa) |
| Utilisation de l'eau | Recircule l'eau, conservant les ressources |
| Applications | Filtration, distillation, évaporation rotative en laboratoire |
| Avantages | Robuste, gère les vapeurs chimiques, auto-refroidissante, peu d'entretien |
| Limitations | Non adaptée aux applications de vide élevé ou ultra-élevé |
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