Vannes utilisées dans les systèmes d'osmose inverse

L'osmose inverse (OI) est le processus de purification de l'eau par lequel l'eau sous pression passe à travers une membrane semi-perméable pour éliminer les contaminants, les ions, les grosses particules et autres impuretés. Pour qu'un système d'osmose inverse fonctionne correctement, une grande variété de vannes est utilisée dans l'application. Cet article examine le fonctionnement d'un système d'osmose inverse et souligne l'importance des vannes pour assurer le bon fonctionnement de ces systèmes.

Osmose

L'osmose se produit naturellement lorsque deux solutions de concentration de solutés différente sont séparées par une membrane semi-perméable. Cette membrane est un matériau qui laisse passer des molécules de certaines tailles. Un exemple simple est celui d'une membrane semi-perméable qui laisse passer les molécules d'eau mais pas les molécules de sel.

Le tube en forme de U de la figure 2 (à gauche) contient deux solutions séparées par une membrane semi-perméable. D'un côté, il y a de l'eau douce à faible concentration en sel (solvant) et de l'autre côté de la membrane, de l'eau salée à forte concentration en sel (soluté). L'eau à faible concentration en sel commencera à se déplacer vers le côté à plus forte concentration en sel, car la nature s'efforce d'établir un équilibre entre les molécules de solvant libre. Cela fait monter le niveau de l'eau du côté où la concentration en sel est la plus élevée. Elle est "poussée" par l'eau plus pure jusqu'à ce que la pression osmotique soit suffisamment élevée. La pression osmotique est la pression nécessaire pour empêcher l'osmose des molécules de solvant à travers la membrane.

Osmose inverse

Comme indiqué, l'osmose inverse est une "osmose à l'envers" ; il ne s'agit pas d'un processus naturel. Par conséquent, pour que l'osmose inverse se produise, il faut appliquer une pression à la solution dont la concentration en soluté est la plus élevée. Cela entraîne le passage de molécules d'eau à travers une membrane semi-perméable vers la région où la concentration de soluté est la plus faible. Cette pression doit être supérieure à la pression osmotique naturelle pour que l'eau pure passe, laissant derrière elle une solution contenant principalement des contaminants ou des sels.

La figure 2 (à droite) montre un tube en forme de U avec l'osmose inverse en action. La pression exercée sur l'eau à forte concentration en sel entraîne le déplacement des molécules d'eau à travers la membrane, ce qui permet de purifier l'eau.

Systèmes d'osmose inverse

Un système d'osmose inverse simple se compose d'une pompe à haute pression (Figure 3 étiquetée B) qui augmente la pression de l'eau d'alimentation contenant des sels, des ions ou des impuretés (Figure 3 étiquetée A). L'eau traverse alors une membrane OI (osmose inverse) semi-perméable (figure 3 étiquetée C), laissant derrière elle tous les sels dissous. La pression requise est directement proportionnelle à la concentration en sel de l'eau d'alimentation.

La membrane OI laisse passer l'eau plus propre, appelée eau perméable (figure 3 étiquetée E). Les sels et autres contaminants arrêtés par la membrane sortent sous forme de flux de rejet (figure 3 étiquetée D). Cette eau peut être évacuée ou, si possible, recyclée par le système RO pour économiser l'eau. Les systèmes d'OI éliminent jusqu'à 99 % des sels dissous (ions), des particules, des agents pathogènes et des bactéries de l'eau d'alimentation.

Types de vannes d'osmose inverse

Électrovanne pour purificateur d'eau RO

Normalement, les électrovannes pour les purificateurs d'eau RO sont de type 2/2 (1 entrée, 1 sortie de type ouvert/fermé), idéales pour le contrôle ON/OFF de l'eau. Il existe trois types d'électrovannes :

Électrovannes de fluide à commande directe

Les électrovannes à action directe sont de conception compacte. Comme le montre la figure 4, le plongeur de l'électrovanne repose directement sur la voie d'écoulement ou l'orifice et contrôle la fonction marche/arrêt de l'électrovanne. Comme il n'utilise pas de membrane, le débit est limité en fonction de la taille de l'orifice.

Normalement, elle se situe entre 1 et 5 mm. Ce type de vanne étant à action directe, il ne dépend pas des différences de pression du système pour fonctionner. Il est donc idéal pour les systèmes à faible débit, à petite, moyenne et haute pression jusqu'à 150 bars. La taille des orifices varie de 1/8" à 3/8".

Électrovannes à commande semi-directe

La conception semi-directe utilise une membrane suspendue et est pilotée comme le montre la figure 5. La membrane de l'électrovanne interne est fixée ou suspendue à l'ensemble du plongeur. Le piston alimenté soulève ainsi la membrane et la maintient ouverte mécaniquement. En même temps, le piston ouvre un orifice pilote. Par conséquent, la pression du milieu favorise l'ouverture de la membrane. Ce type d'électrovanne fonctionne donc sans différence de pression entre l'entrée et la sortie. Il est idéal pour les systèmes à basse pression, en circuit fermé, alimentés par gravité, et les systèmes d'aspiration d'eau.

Électrovannes à commande indirecte

Les électrovannes indirectes (figure 6) utilisent une membrane qui n'est pas fixée au plongeur de l'électrovanne. La membrane reste donc flottante et utilise une différence de pression entre l'entrée et la sortie pour fonctionner. Cette pression différentielle est contrôlée par un circuit pilote actionné par un solénoïde. La bobine/le piston du solénoïde est monté sur l'orifice du canal de sortie qui relie la sortie et la zone située au-dessus de la membrane. Lorsqu'elle est mise sous tension, la pression au-dessus de la membrane est libérée dans l'orifice de sortie par ce canal pilote. Cela provoque une différence de pression qui soulève la membrane et permet au fluide de s'écouler à travers la valve. Lorsque le circuit pilote est fermé, la pression d'entrée augmente au-dessus de la membrane, ce qui la force à se fermer et à arrêter le flux du fluide.

Il est idéal pour les systèmes à moyenne et haute pression, ouverts à l'atmosphère et alimentés par des pompes.

Clapets anti-retour

Les clapets anti-retour pour osmose inverse sont connectés aux tubes d'eau de la membrane RO ou à l'orifice de sortie du perméat du boîtier de la membrane. Ces vannes empêchent le reflux vers la membrane. En cas de contre-pression dans le système, par exemple lorsque le réservoir est plein, la soupape à ressort s'enclenche et arrête l'écoulement de l'eau. Le débit ne reprend pas tant que la contre-pression n'est pas descendue en dessous de la pression d'alimentation. Ces vannes sont nécessaires pour les systèmes fonctionnant avec des réservoirs sous pression et/ou des vannes d'arrêt automatiques.

Vannes d'alimentation

Les vannes d'alimentation sont utilisées pour contrôler l'alimentation en eau des systèmes d'osmose inverse. Ils ont une fonction ON/OFF. Il s'agit souvent d'électrovannes. Ils sont proposés dans différents styles et conviennent à de nombreux scénarios de plomberie.

Vannes à bille

Les robinets à boisseau sphérique à deux voies coupent l'écoulement de l'eau vers et depuis l'équipement en tournant la poignée d'un quart de tour. Ces vannes peuvent être actionnées manuellement, pneumatiquement ou électriquement. Ils peuvent être utilisés dans des positions intermédiaires pour arrêter l'écoulement de l'eau dans un système, un réservoir ou des composants afin de faciliter l'entretien et de prolonger les périodes d'inutilisation. En fonction du matériau, elles sont généralement plus robustes que les électrovannes.

Vannes d'arrêt automatiques

Les vannes d'arrêt automatiques s'arrêtent ou se mettent en marche en fonction du niveau des réservoirs. Il s'agit de vannes à membrane qui fonctionnent avec des réservoirs pressurisés. Ils fonctionnent également avec des vannes à flotteur qui coupent automatiquement l'alimentation du système d'osmose inverse lorsque le réservoir est plein et le remettent en marche lorsque le niveau du réservoir descend en dessous d'un certain point prédéfini. Ils permettent d'économiser et de conserver l'eau. Ils fonctionnent mécaniquement et ne nécessitent pas d'électricité.

Soupapes à flotteur

Les vannes à flotteur sont dotées d'un flotteur qui détecte le niveau d'eau dans un réservoir ou une cuve et arrête automatiquement l'écoulement de l'eau dans le réservoir ou la cuve lorsque le niveau d'eau dépasse un certain point. Lorsque le niveau d'eau atteint la position du flotteur, la flottabilité du flotteur fait monter le bras de la vanne, ce qui ferme la vanne. Lorsqu'elle est utilisée avec une vanne d'arrêt automatique de type membrane, la contre-pression créée par la fermeture de la vanne du réservoir déclenche la vanne d'arrêt pour couper l'eau d'alimentation qui s'écoule dans le système OI. Lorsque l'eau est utilisée et que le niveau baisse, la vanne s'ouvre, ce qui désengage la vanne d'arrêt et permet à l'eau d'alimentation de s'écouler à nouveau vers le système d'OI.

Caractéristiques requises des électrovannes

Sélection des matériaux :

Étant donné que les vannes du système RO manipulent de l'eau à forte teneur en sels, il y a de fortes chances que les matériaux des vannes se dégradent en raison de la corrosion. Ce phénomène est dû à l'eau riche en chlorure et aux produits chimiques utilisés. C'est pourquoi des alliages résistants à la corrosion sont couramment utilisés. Les plastiques tels que le polyamide et les aciers inoxydables sont un choix plus courant pour les systèmes d'OI afin de résister à la corrosion par piqûres et par crevasses. Le laiton est également un choix traditionnel, mais le laiton normal ne peut pas être utilisé avec des solutions de chlorure ou avec de l'eau purifiée en raison du processus de dézincification.

Type de vanne :

• Les vannes à commande directe à 2 voies sont utilisées pour les systèmes à faible débit, à petite, moyenne et haute pression jusqu'à 150 bars. Taille des orifices de 1/8" à 3/8". Ils ne dépendent pas des différences de pression entre l'entrée et la sortie pour fonctionner.
• Les vannes à commande directe à trois voies sont utilisées lorsque trois orifices sont nécessaires pour obtenir deux états de commutation. Ils sont idéaux pour la commande d'actionneurs et de vérins ou pour la dérivation de flux.
• Les électrovannes 2 voies à commande indirecte sont idéales pour les applications atmosphériques, à moyenne pression et à haut débit. La différence de pression doit être supérieure à 0,5 bar.
• Les vannes 2 voies à commande semi-directe sont idéales pour les systèmes de tuyauterie à basse pression et à haut débit en circuit fermé.

Modifications

Normalement fermé

Les vannes à 2 voies sont fermées lorsqu'elles sont hors tension et ouvertes lorsqu'elles sont sous tension. Lorsque les vannes à trois voies sont hors tension, l'orifice de pression est fermé et l'orifice du cylindre est relié à l'orifice d'échappement. Lorsqu'il est alimenté, l'orifice de pression est connecté à l'orifice du cylindre et l'orifice d'échappement est fermé.

Normalement ouvert

Les vannes à 2 voies sont ouvertes lorsqu'elles sont hors tension et fermées lorsqu'elles sont sous tension. Lorsque les vannes à 3 voies sont hors tension, l'orifice de pression est connecté à l'orifice du cylindre. Lorsqu'il est alimenté, l'orifice de pression est fermé et l'orifice du cylindre est relié à l'orifice d'échappement.

Universel

Cette modification permet de connecter la vanne en position normalement fermée ou normalement ouverte pour sélectionner l'un des deux fluides ou pour dévier le flux d'un port à l'autre.

Tension

Il est important de spécifier la tension correcte pour s'assurer qu'elle est disponible sur le lieu d'installation. Les tensions courantes sont les suivantes

• 12 V DC
• 24 V DC/AC
• 120 V AC
• 220 V AC
• 230 V CA

Taille de l'orifice et type de filetage

En s'assurant que le type de filetage et la taille de l'orifice sont exactement les mêmes, on s'assure qu'ils s'emboîtent correctement et qu'ils forment un bon joint, afin d'éviter toute fuite. Des problèmes communs se posent en raison de normes différentes pour les fils. Par exemple, une électrovanne d'eau de 1/4 pouce BSPP ne fonctionnera pas correctement si le port d'entrée a des filets de 1/4 pouce NSP.

Coups de bélier

Des coups de bélier peuvent se produire car les électrovannes agissent rapidement. Par conséquent, pour certaines applications, il est important d'obtenir une vanne avec un temps de fermeture réglable, comme les électrovannes d'eau à fermeture lente.

FAQ

Qu'est-ce qu'une vanne RO ?

Une vanne d'osmose inverse (OI) mesure la pression dans un réservoir et arrête l'alimentation en eau qui passe à travers la membrane d'OI lorsque la pression du réservoir est d'environ deux tiers de celle de l'eau entrante.

Tous les systèmes d'osmose inverse sont-ils équipés d'un clapet anti-retour ?

La ligne de perméat de chaque système d'osmose inverse est équipée d'un clapet anti-retour d'osmose inverse. Le clapet anti-retour permet de fermer correctement le réservoir lorsqu'il est plein.