Contrairement aux transformateurs de produits alimentaires qui utilisent principalement des pompes centrifuges, les transformateurs de chocolat et de confiserie ont deux préférences principales pour le traitement des liquides visqueux, des chocolats, des sucres et d'autres liquides de confiserie : Les pompes à lobes rotatifs / à piston circonférentiel et les pompes à engrenages internes. Ces pompes à déplacement positif sont choisies en raison de leur :
- Vitesse lente et faible cisaillement qui empêchent la séparation du beurre de cacao des solides du chocolat.
- Débit proportionnel à la vitesse, permettant un contrôle facile du débit avec les variateur de vitesse.
- Capacité à traiter une large gamme de viscosités, des beurres de cacao <33 cSt aux chocolats noirs ou au lait >25 000 cSt, ce qui permet à une installation de se limiter à deux ou trois tailles de pompe tout au long du processus, simplifiant ainsi la maintenance et réduisant les stocks de pièces de rechange.
Mais quelle est la meilleure solution ? Cela dépend de l'application ainsi que de l'expérience et des préférences des ingénieurs de procédé et des responsables de la maintenance, mais les deux ont leur place, souvent à des endroits différents d'une même installation de traitement.
Règle empirique pour le pompage du chocolat : "Pathogen-Potential Liquids" (liquides à potentiel pathogène) : Pompes Lobe/Piston circonférentiel. Tout le reste : Pompes à engrenages"
Bien qu'elle ne soit pas absolue, cette règle empirique représente à la fois une pratique courante chez de nombreux grands transformateurs et l'application des meilleures pratiques pour maximiser la fiabilité et le temps de fonctionnement, minimiser les coûts de maintenance et assurer un niveau d'hygiène approprié.
Les pompes à lobes et à piston circonférentiel hygiéniques
Les pompes à lobes et à piston circonférentiel hygiéniques sont utilisées lorsque la nettoyabilité et la résistance à la corrosion sont requises. Ces pompes en acier inoxydable sont utilisées lorsque les conduites sont périodiquement nettoyées en place, à la fois pour résister à la corrosion due aux produits chimiques de nettoyage et pour permettre un nettoyage complet dans les plus brefs délais. Un réducteur interne lubrifié à l'huile contient deux pignons de synchronisation, l'un sur l'arbre moteur et l'autre sur l'arbre entraîné, qui synchronisent la position des rotors de manière à ce qu'ils n'entrent jamais en contact l'un avec l'autre.
Elles sont utilisées pour les liquides susceptibles de développer des agents pathogènes, notamment les produits laitiers (lait ou crème) et les sucres et sirops liquides, ainsi que le chocolat au lait et les produits à base de sirop de chocolat qui contiennent ces ingrédients. Les pompes en acier inoxydable sont également préférées pour le chocolat blanc, car il est possible que les pompes et les tuyaux en fer s'oxydent suffisamment pour colorer le chocolat, bien que les pompes Lobe/Piston circonférentiel et les pompes à engrenages soient toutes deux disponibles en acier inoxydable. Les pompes Lobe/Piston circonférentiel sont plus sensibles à l'abrasion que les pompes à engrenages et sont donc principalement utilisées dans les applications en aval du chocolat, comme le déchargement du raffineur ou de la conche vers les réservoirs de stockage ou les déposants, les panners ou les enrobeurs, car à ce stade, l'abrasivité du chocolat a été minimisée et ne causera pas d'usure excessive des rotors en acier inoxydable (lobes ou pistons circonférentiels).
Les pompes à engrenages internes
Les pompes à engrenages internes construites en fonte sont extrêmement résistantes à l'usure, fiables, durables et peu coûteuses. Comme leur nom l'indique, un engrenage d'entraînement externe (rotor) fait tourner un engrenage d'entraînement interne (pignon), ce qui crée de grandes cavités qui aspirent le liquide et l'expulsent ensuite. Comme les chocolats sont essentiellement des huiles comestibles avec des solides, similaires aux beurres de noix, ils lubrifient les faces coulissantes des engrenages pour éviter le contact et l'usure, et ils ne favorisent pas la croissance des agents pathogènes. Les chocolats étant difficiles à étanchéifier, l'un des principaux avantages de cette technologie est qu'il n'y a qu'un seul joint d'arbre à entretenir, contre deux sur les pompes Lobe/Piston circonférentiel.
Une deuxième raison pour laquelle elles sont utilisées dans des applications en amont telles que la masse de cacao et la liqueur de chocolat est que les pompes à engrenages dotées de rotors en acier ou en fonte ductile à haute résistance et de bagues en fonte trempée sont capables de traiter ces produits très abrasifs avec une usure minimale, alors que les pompes Lobe/Piston circonférentiel en acier inoxydable s'usent plus rapidement, ce qui nécessite un entretien plus fréquent. Un autre avantage est que le fer ou l'acier usé d'une pompe à engrenages sera éliminé par des séparateurs magnétiques sans perte de produit, alors que la détection d'éclats d'acier inoxydable à l'aide d'un détecteur de métaux nécessite le rejet du produit final.
Les pompes à engrenages sont couramment utilisées pour le chocolat noir et la lécithine en raison de leurs coûts initiaux et de cycle de vie inférieurs. Le beurre de cacao, l'équivalent en beurre de cacao et d'autres huiles alimentaires sont traités par des pompes à engrenages parce que l'étanchéité de l'arbre unique est moins susceptible de fuir que les joints doubles des pompes à lobes, et que ces liquides présentent un risque de glissade et de chute s'ils atteignent le sol. Les pompes à engrenages sont couramment utilisées pour le traitement de tous les chocolats sur les équipements de traitement fabricants de matériel d’origine tels que les fondoirs, les tempéreuses, les enrobeuses et les dépositaires, car elles doivent souvent être montées dans des endroits relativement inaccessibles de l'équipement. Comme elles utilisent de la graisse alimentaire H1 pour la lubrification plutôt que de l'huile comme les pompes à lobes, la maintenance préventive est plus facile et le montage peut se faire dans des configurations horizontales ou verticales.
Les pompes à engrenages internes doivent, au minimum, être construites avec des matériaux approuvés pour le contact alimentaire (les pompes à chocolat Viking sont conformes à la norme EC1935 pour le contact alimentaire), mais elles ne sont pas hygiéniques, c'est-à-dire qu'elles ne peuvent pas être nettoyées sur place. Cela n'est pas nécessaire pour les liquides décrits ci-dessus, car leurs systèmes ne sont jamais nettoyés avec de l'eau ou des produits chimiques, ce qui ne ferait que contaminer le chocolat. On trouve généralement des pompes à engrenages en fer lorsque la tuyauterie, les vannes et les accessoires sont également en fer. C'est souvent à l'endroit où la tuyauterie passe à l'acier inoxydable que l'on commence à trouver des pompes à lobes ou des pompes piston circonférentiel (ou des pompes à engrenages internes en acier inoxydable).
Qu'en est-il des pompes à engrenages externes et des pompes à double vis ?
Bien que ces deux types de pompes aient été utilisés pour pomper le chocolat, elles ne sont pas nécessairement le meilleur choix pour plusieurs raisons. L'un des principaux problèmes des pompes à engrenages externes est que, bien qu'elles n'aient qu'une seule étanchéité d'arbre, elles ont quatre paliers lisses (bagues) lubrifiés par le liquide pompé, contre deux paliers lisses pour les pompes à engrenages internes, et un seul pour les pompes à chocolat 1124A-CHC de Viking.
L'usure abrasive de ces paliers entraîne des défaillances, et deux fois plus de paliers entraînent des défaillances plus rapides et une maintenance plus importante. Les pompes à double vis sont similaires aux pompes à lobes en ce sens qu'elles sont proposées en version hygiénique et qu'elles possèdent deux étanchéités d'arbre. Elles sont réputées pour leur capacité à fonctionner à faible vitesse pour les liquides visqueux, puis à grande vitesse pour servir de pompe de nettoyage en place (NEP) dans les applications laitières, ce qui élimine le besoin d'une pompe de NEP centrifuge séparée. Le principal problème est que la pompe à vis doit fonctionner avec un simple variateur de vitesse sans réducteur pour permettre à la fois des vitesses élevées pour le nettoyage en place et des vitesses très basses pour le traitement. Cela nécessite de surdimensionner considérablement le moteur et la puissance nominale de l'entraînement pour fonctionner à très basse fréquence sans surchauffe, ce qui se traduit par de faibles rendements et des coûts de cycle de vie plus élevés que pour les pompes à lobes, qui utilisent toujours un réducteur à engrenages (et peuvent utiliser un entraînement à fréquence variable de taille appropriée). Les pompes à double vis peuvent être appropriées pour les liquides à faible viscosité et à potentiel pathogène, comme le lait, où elles peuvent fonctionner à des vitesses élevées et où l'équipement d'entraînement n'a pas besoin d'être surdimensionné.
En résumé...
Certains établissements choisiront d'utiliser presque toutes les pompes à engrenages et d'autres choisiront d'utiliser presque toutes les pompes à lobes ou piston circonférentiel pour des raisons de similitude des pièces, et l'une ou l'autre est acceptable, mais la règle générale est la suivante : "Liquides à potentiel pathogène" : Pompes à lobes/Piston circonférentiel. Tout le reste : Pompes à engrenages" fournit un schéma directeur pour un traitement rentable et fiable.
Pour mieux comprendre le fonctionnement de chacune de ces pompes, consultez ces courtes vidéos :
A propos de l'auteur
John Hall a occupé des fonctions de marketing, de vente et de gestion technique pour plusieurs fabricants de pompes, dont 23 ans chez Viking Pump avant de prendre sa retraite en 2023. Il est titulaire d'une licence en communication technique et d'un MBA en gestion du marketing de l'université du Minnesota.
