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RÉSUMÉ
Un certain nombre de procédés industriels ou d’expérimentations nécessite "le vide", c’est à dire une pression très inférieure à la pression atmosphérique. Des pompes à vide et des canalisations permettent d' évacuer le gaz pompé. Cet article explique comment déterminer les points de fonctionnement d’une installation pour concevoir une installation sous vide, choisir les pompes et fixer les dimensions des éléments de canalisation.
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A certain number of industrial processes or experiments require "vacuum", i.e. a pressure much lower than atmospheric pressure. This requires two types of components : vacuum pumps, and piping to evacuate the pumped gas. This article explains how to determine the operating points of an installation. This knowledge is necessary to design a vacuum installation, to select the pumps and to determine the dimensions of the piping components.
Auteur(s)
-
Yvan ABBÉ : Ingénieur applications - Pfeiffer Vacuum SAS Annecy France
INTRODUCTION
La conception correcte d’une installation sous vide nécessite la bonne connaissance du besoin à satisfaire, ainsi que des contraintes à prendre en compte. Le besoin peut être une basse pression à atteindre dans un volume en un temps maximal donné. On nomme ce type de besoin par l’expression « pompage en volume ». On peut aussi vouloir maintenir une basse pression dans une enceinte malgré la présence d’un flux donné de gaz. On parle dans ce cas de « pompage en flux ». Les valeurs de ces paramètres de pression, de volume, et de flux sont en général connues, puisqu’il s’agit des spécifications techniques d’une installation. En revanche, il est fréquent que les contraintes à prendre en compte soient mal connues, et c’est une des difficultés dans la conception d’une d’installation. Il faut alors prendre des hypothèses, dont la pertinence est une condition de la justesse de la conception. Ces contraintes peuvent être le taux de désorption des matériaux, les éventuelles conductances internes de composants dont on ne connaît pas la valeur, l’obligation d’utiliser des composants existants qui s’avèrent être sous-dimensionnés. La connaissance des méthodes de dimensionnement des installations permet, en cas de contraintes mal connues ou rédhibitoires, de formuler des recommandations, de borner les incertitudes, de préconiser des mesures, ou de conclure à une impossibilité technique. Cet article présente et met en œuvre tous les paramètres et contraintes que l’on doit prendre en compte dans un calcul d’installation réelle. Cependant, il existe des installations complexes dans leur structure et dans leur mode de fonctionnement, ou présentant des singularités. Il n’est pas toujours possible, pour ces installations, de les décomposer en sous-installations plus simples. Une approche calculatoire traditionnelle telle que décrite dans cet article n'est guère possible dans ces cas extrêmes, et la résolution doit faire appel à des moyens avancés de modélisation numérique qui sortent du cadre de cette étude.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
vacuum | pumps | piping
DOI (Digital Object Identifier)
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Pompage d’un volume2. Éléments de théorie des gaz à basse pression
2.1 Pressions et domaines de vide
La pression est la force exercée par un gaz sur l’aire d’une surface réelle divisée par cette aire.
Cette force provient des chocs des molécules de gaz venant frapper la surface.
Une force d’un newton appliquée sur un mètre carré engendre une pression d’un pascal.
La norme ISO 3529-1 définit différents domaines de vide :
-
100 kPa à 100 Pa : vide grossier
-
100 Pa à 0,1 Pa : vide moyen
-
0,1 Pa à 10−6 Pa : vide poussé HV (High Vacuum)
-
10−6 Pa à 10−9 Pa : ultravide UHV (Ultra High Vacuum)
-
Inférieure à 10−9 Pa : vide extrême XHV (eXtreme High Vacuum)
2.2 Lois et caractéristiques des gaz
À basse pression, les gaz se comportent selon la loi des gaz parfaits qui régit les relations entre pression, volume occupé, quantité de matière et température.
( 1 )
avec :
- p (Pa) :
- pression du gaz,
- V (m3) :
- volume,
- n :
- nombre de moles de gaz,
- R :
- = 8,314 Pa.m3.mol−1.K−1 constante universelle des gaz parfaits,
- T (K) :
- température.
Lorsque le gaz se déplace...
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Éléments de théorie des gaz à basse pression
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Crane - Flow of Fluids Through Valves, Fittings and Pipe. - Crane (1982).
-
(2) - GRINHAM and CHEW - A Review of Outgassing and Methods for its Reduction. - Appl. Sci. Converg. Technol. (2017).
-
(3) - HUCKNALL (D.J.) - Vacuum technology and applications. - Butterworth-Heinemann (1991).
-
(4) - JOUSTEN (K.) - Handbook of Vacuum Technology. - Wiley-VCH (2017).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Vactran (version pour Windows), [Logiciel] PEC Corp. Livermore, California, USA
HAUT DE PAGE
Salon du vide et de traitement des matériaux STVM
HAUT DE PAGE
DIN 28401 (2008), Symboles graphiques.
ISO 3529-1 (2019), Vocabulaire et termes généraux.
ISO 3529-2 (2019), Pompes à vide et termes associés.
ISO 21360-1 et 2 (2020), Mesure des performances des pompes à vide.
ISO 2861 (2020), Dimensions et raccords rapides à colliers.
ISO 1609 (2020), Dimensions...
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