Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Category Archives: Stérilisation

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Générateur de vapeur

Générateur de vapeur

Production de la vapeur

Qualité de l’eau

La production de vapeur d’eau nécessite que l’eau osmosée soit de qualité afin d’éviter l’entartrement rapide des éléments du générateur de vapeur dû à sa corrosivité et son agressivité. L’eau utilisée est de l’eau « osmosée » obtenue par procédé d’osmose inverse.

Production locale de vapeur

Pour une production locale, chaque stérilisateur a son propre générateur de vapeur à proximité. Cette configuration :

(+)

  • est d’une grande souplesse puisque chaque installation est indépendante l’une de l’autre;
  • permet un retour naturel des condensats formés dans la distribution lorsque le générateur est sous la cuve de l’autoclave;
  • par sa proximité diminue les pertes en ligne (distribution restreinte);
  • par sa compacité, réduit l’espace nécessaire (pas de besoin de local technique à proximité);
  • …

(-)

  • puissance installée plus importante;
  • lorsque le générateur est en panne, nécessite la mise à l’arrêt du stérilisateur dont il dépend;
  • …

Production centrale de vapeur

La production centralisée est composée d’une batterie de générateurs de vapeur qui alimente plusieurs stérilisateurs en parallèle. Dans cette configuration, un calcul correct de la puissance totale, de la redondance des générateurs et de la taille de la conduite mère est nécessaire pour garantir un approvisionnement continu des stérilisateurs en cas de défaillance d’un des générateurs.

Cette configuration :

(+)

  • lorsqu’un générateur est en panne, ne perturbe pas le fonctionnement des stérilisateurs
  • réduit la charge thermique présente dans l’enceinte de la stérilisation centrale;
  • …

(-)

  • provoque plus de perte en ligne sachant que la production risque de se trouver éloignée;
  • nécessite un local technique;
  • pas d’intermittence possible;
  • …

Production électrique

Les installations de Stérilisation Centrale sont, en général, équipées de générateurs électriques. On peut résumer les avantages et inconvients de ce type d’installation ci-dessous :

(+)

  • Compacité importante;
  • libre modulation de puissance suivant le nombre de résistances électriques;
  • régulation aisée;
  • libre choix de la centralisation ou pas de la production;
  • facilité d’entretien;
  • simplicité de construction;
  • coût de fabrication raisonnable;
  • …

(-)

  • consommation d’électricité directe (prix du kWh heures pleines);
  • risque de « claquage » des résistances électriques;
  • lorsque le générateur est en panne, nécessite la mise à l’arrêt du stérilisateur dont il dépend;
  • …

Production thermique

Dans les hôpitaux existants, on trouve encore régulièrement des chaudières vapeur thermiques au gaz, au fuel ou mixte. Ces chaudières, à basse pression, sont utilisées pour alimenter les « douches de cuisson » des cuisines et ne permettent pas sans gros frais de produire de la vapeur 3 bar 134 °C.

On trouve rarement des installations de chauffage avec chaudière vapeur thermique. Toutefois, lorsqu’elles sont encore en fonction, il serait dommage de ne pas en bénéficier pour produire de la vapeur de stérilisation. Dans ce cas, certains constructeurs de stérilisateur proposent le placement d’échangeur vapeur/vapeur.

Technologie du générateur

Les générateurs de vapeur sont des appareils travaillant à haute température et sous pression (134°C, 3 bar pour les cycles les plus courants). C’est pour cette raison qu’ils doivent répondre, entre autre, à la directive 97/23/EC concernant les équipements sous pression.

Le générateur de vapeur se compose essentiellement :

  • d’un cylindre en acier inoxydable de la qualité 316 Ti par exemple; l’acier inoxydable permettant d’éviter la corrosion interne de la cuve par l’agressité et la corrosivité de la vapeur;
  • de résistances électriques chauffantes;
  • d’une jaquette isolante permettant de limiter les pertes des parois;
  • d’équipements de contrôle, de mesure, de sécurité, …
  • de tuyauteries de connection d’entrée d’eau osmosée et de sortie vapeur.

Les résistances électriques

Dans les générateurs électriques, plusieurs résistances électriques sont plongées dans l’eau en permanence; de leur immersion dépend leur survie. C’est pour cette raison que le niveau d’eau est contrôlé en permanence et est compensé par des appoints d’eau osmosée.

De la qualité de l’eau dépend aussi la pérennité des résistances chauffantes. En effet, l’eau doit avoir une dureté de l’ordre de 7°F. Au dessus de cette valeur l’entartrement des résistances est irrémédiable. En effet, le tartre constitue un isolant qui empêche la résistance de communiquer son énergie à l’eau. Il s’ensuit souvent un « claquage de la résistance ».

Les résistances électriques sont alimentées en basse tension (380-400 V ~). Leur nombre et leur puissance unitaire sont variables suivant la puissance et la modulation de puissance à atteindre par rapport à la capacité thermique des stérilisateurs.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Adoucisseur d’eau [Stérilisation]

Adoucisseur d'eau [Stérilisation]

L’adoucisseur échangeur d’ions

Au départ, la présence de calcaire

L’eau est un solvant très efficace ! au contact de l’atmosphère elle capte du CO2 et devient légèrement acide (H2CO3). Par percolation au travers des sols, elle entre en contact avec la roche calcaire CaCO3, qu’elle dissous.

Schéma l'eau sous ces différentes formes.

Le carbonate de calcium CaCO3 présent dans l’eau va précipiter sur les parois lors d’une montée en température de celle-ci.

Photo adoucisseurs.

L’adoucisseur est dès lors un appareil destiné à capter les ions Ca++ et Mg++ présents dans l’eau en les fixant sur une résine cationique. En effet, l’eau passe au travers d’une cartouche contenant des millions de petites billes de résine, chargées d’ions sodium.

Principe adoucisseurs.

Adoucisseur.

  1. Distributeur d’eau et de solution de régénération
  2. Résine échangeuse d’ions
  3. Plancher à buses (crépines) avec fentes de 0,4 mm

Par exemple, il peut s’agir de la zéolithe, silicate d’Al et de Na :

Na2O . Al2O3. n SiO2. m H2O

On dira en abrégé : Na2Z

Schéma principe adoucisseurs.

Au passage de l’eau sur cette résine, les ions calcium seront captés :

Na2Z + Ca++  –>  CaZ + 2 Na+

ou encore :

Na2Z + Ca(HCO3)2 –>  CaZ + 2 Na(HCO3)

De même pour les ions magnésium :

Na2Z + Mg(HCO3)2 –>  MgZ + 2 Na(HCO3)

Remarque : le sel sodique produit (Na (HCO3)) passera dans l’eau mais ne contribuera pas à la dureté de l’eau; si la température augmente, il ne se dépose pas.

Régénération

Lorsque la résine est saturée en ion Ca++, il faut les éliminer et replacer les ions Na+. C’est la phase de régénération :

CaZ + 2 NaCl  –>  Na2Z + CaCl2

Schéma principe régénération.

Prolifération de micro-organismes

Les échangeurs d’ions offrent, comme d’autres filtres, de bonnes conditions de prolifération aux micro-organismes en raison de l’importante surface de leurs pores internes. Si aucune mesure n’est appliquée, on constate donc souvent une augmentation de la teneur en bactéries de l’eau traitée. La prolifération microbienne peut être combattue de façon efficace par l’adjonction d’environ 1 % de résine échangeuse d’ions imprégnée d’argent.

La corrosion des eaux trop adoucies

L’eau adoucie présente une concentration en calcium proche de zéro. Dès lors, l’équilibre calco-carbonique rend l’eau très agressive (les dépôts calcaires protecteurs sont rapidement dissous). On conseille dès lors de ne pas adoucir l’eau en dessous des 15°F, soit grâce à un réglage de l’adoucisseur, soit par le placement d’un bypass qui réalise un mélange entre de l’eau traitée et de l’eau totalement adoucie.

Attention à la propreté des sels

Si des impuretés sont mélangées au sel de régénération (bacs restant ouverts…), elles pourront servir de nutriments aux bactéries et tout paraticulièrement à la légionelle !

Les inhibiteurs de tartre

Le principe consiste à inhiber l’entartrage plutôt qu’à éliminer le calcium, par l’injection d’un produit chimique, tel que le polyphosphate qui va se dissoudre dans l’eau et enrober chaque ion calcium d’un « manteau » d’ion phosphate. La croissance des cristaux calcaires est freinée et/ou leur adhésion est empêchée sur les parois.

Mais ce produit est avalé avec l’eau par le consommateur… le contrôle de la concentration doit être rigoureux !

De plus, les polyphosphates n’agissent plus si l’eau est trop chaude.

Le CSTB en France a réalisé récemment une étude sur ce sujet.

Les systèmes physique et/ou magnétique

L’appareil agit par effet électrique et/ou magnétique et transforme le calcium en aragonite (une variété cristalline du carbonate de calcium), plus stable et donc donnant moins lieu à des dépôts.

Certains de ces systèmes ont des effets réels mais variables en fonction de divers paramètres (température, débit, intensité électrique,….) si bien qu’il est difficile de prévoir avec certitude le résultat de leur action dans des conditions particulières.

Pour plus d’informations sur ces différentes techniques, on consultera utilement le Cours – conférence n°51 du CSTC – « la corrosion et les tubes métalliques utilisés pour la distribution d’eau dans les bâtiments ».

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Pompe à vide

Pompe à vide

Les sortes de pompes à vide

Pompes classiques

Sur le marché il existe différentes sortes de pompe à vide telles que les pompes :

À anneau liquide.
(+)

  • supporte les mélanges de gaz et de liquide;
  • simple de conception et de prix abordable;
  • résiste bien à la corrosion;
  • évite l’utilisation de huile et par conséquent les vapeurs d’huile nocives.

(-)

  • consommation d’eau importante;
  • le mélange à la sortie de la pompe est contaminé;
  • la pression de vide est limitée à 30 mbar et se dégrade vite avec l’augmentation de température du fluide de l’anneau liquide.

Sèche à vis.
(+)

  • pas de liquide d’étanchéité;
  • basse pression de vide (< 1 mbar);
  • compact;
  • fiable;
  • …

(-)

  • prix élevé.

On trouve encore d’autres pompes sur le marché mais moins utilisée en stérilisation. Citons :

Pompe à palettes.

Pompe à crochet.

Probablement pour une question de coût, de résistance aux températures élevées (par le réglage du mélange de l’eau de l’anneau liquide et de la vapeur extraite) dans la pratique on retrouve souvent la pompe à vide à anneau liquide; c’est celle que l’on détaillera un peu plus ci-dessous.

Pompe à éjecteur

Photo pompe à éjecteur.

Ce type de pompe accompagne régulièrement les pompes classiques à anneau liquide afin de renforcer l’effet de vide qui dans ce type de pompe est sensible à la température du liquide de refroidissement.

Pompe à anneau liquide

Schéma pompe à anneau liquide.

Principe de l’anneau liquide

Schéma principe de l'anneau liquide.Schéma principe de l'anneau liquide.

Lorsque la roue à aube est mise en rotation par le moteur électrique, les pales entrainent l’eau adoucie (alimentant directement l’anneau liquide de la pompe à vide) et la vapeur d’eau issue de la chambre de stérilisation. Sous l’action de la force centrifuge, le liquide, plus lourd, est plaqué sur la paroi interne du corps de pompe et forme un anneau liquide autour des pales et du moyeu. De part l’exentricité de la roue par rapport au corps de pompe, une zone en forme de croissant prend naissance autour du moyeu. Dans cette zone, la pression évolue progressivement. Au point de contact théorique entre l’anneau liquide et le moyeu, dans le sens de rotation, le volume compris entre deux pales augmente et crée ainsi une dépression en aspirant le gaz : c’est la « zone d’aspiration« . Ensuite le volume décroît progressivement dans la « zone de refoulement« . Ces deux zones, diamétralement opposées, sont mises en contact avec l’extérieur par l’intermédiaire des lumières d’aspiration et de refoulement situées dans les flasques latérales.

Le fonctionnement de la pompe est pratiquement isotherme car le liquide de l’anneau récupère et évacue les calories dues à la fois à la compression et à la température de la vapeur de stérilisation.

Influence de la tension de vapeur de l’anneau liquide

En technique de vide, la tension de vapeur de l’anneau liquide influence la qualité du vide obtenu. Plus la tension de vapeur (pression maximale à laquelle la vapeur du liquide considéré peut exister) est faible, plus poussé sera le vide. On notera que, dans des conditions de températures identiques, une pompe à vide à anneau liquide tel que de l’huile aura une meilleure performance que de l’eau.

Exemple.

  • Avec un anneau liquide constitué d’eau à 15°C, la tension de vapeur est de 17 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 25 mbar.
  • Avec un anneau liquide constitué d’éthylèneglycole à 80 °C, la tension de vapeur est de 1 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 10  mbar.

Influence de la température de l’anneau liquide

Au niveau de l’anneau liquide, plus la température d’un fluide tel que de l’eau est élevée plus sa tension de vapeur augmente et, par conséquent, diminue la qualité du vide obtenu :

Exemple.

  • Avec un anneau liquide constitué d’eau à 15°C, la tension de vapeur est de 17 mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 25 mbar.
  • Avec un anneau liquide constitué d’eau à 35 °C, la tension de vapeur est de 57  mbar et le vide maximum que l’on peut atteindre est de l’ordre de 70  mbar.

Les systèmes de récupération des effluents

Une grande partie de la vapeur produite par le générateur de vapeur est utilisée dans la chambre de stérilisation de l’autoclave et évacuée à l’égout via la pompe à vide sous forme de condensats et de vapeur. Ces effluents se mélangent à l’eau de l’anneau liquide.

Les consommations d’eau adoucie pour l’anneau liquide sont importantes afin de remplir plusieurs fonctions :

  • Assurer étanchéité de l’anneau et donc le niveau de vide (influencé par la température de l’eau et des condensats).
  • Évacuer les calories dues au travail de compression pur.
  • Refroidir la vapeur issue de la chambre de stérilisation.

On se rend vite compte que le mélange dans et à la sortie de la pompe à vide risque de monter rapidement en température sachant que la vapeur à l’admission de la pompe est encore au-dessus de 100°C. Pour préserver la pompe et éviter de rejeter à l’égout des effluents trop chauds, le constructeur de système de stérilisation a tendance à augmenter le débit d’eau adoucie et par conséquent les coûts dus à la consommation.

Dans la pratique plusieurs configurations se présentent au niveau du traitement des effluents :

Circuit sans recyclage

Schéma circuit sans recyclage.

Les condensats sont évacués dans un séparateur (séparation vapeur/liquide) puis à l’égout via le trop-plein sans aucune forme de récupération d’énergie. Afin de respecter les normes de rejet en terme de température, il est nécessaire d’avoir un volume tampon.

Circuit à recyclage partiel

Schéma circuit à recyclage partiel.

Une partie des condensats liquides sont renvoyés dans la pompe, l’appoint d’eau adoucie étant régulé en fonction de la température de la cuve. On réduit un peu la consommation d’eau adoucie mais on ne récupère aucune énergie.

Circuit à recyclage total

Schéma circuit à recyclage total.

A la sortie du séparateur, les condensats liquides traversent un échangeur de chaleur et se refroidissent. Ensuite, ils sont réinjectés dans la pompe. Le primaire de l’échangeur peut être par exemple une extension de la boucle d’eau glacée (souvent présente en stérilisation centrale).

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