OFPPT
ROYAUME DU MAROC
MODULE N 24 :
ANALYSE DE CIRCUITS PNEUMATIQUES, ELECTROPNEUMATIQUES, HYDRAULIQUES ET ELECTROHYDRAULIQUES
SECTEUR : ELECTROTECHNIQUE SPECIALITE : ELECTRICITE DE
MAINTENANCE INDUSTRIELLE
NIVEAU : TECHNICIEN
ANNEE 2007
Office de la Formation Professionnelle et de la Promotion du Travail DIRECTION RECHERCHE ET INGENIERIE DE FORMATION
RESUME THEORIQUE &
GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES
Rsum de Thorie et Guide de travaux pratiques
Module 24 : Analyse de circuits pneumatiques, lectropneumatiques, hydrauliques et lectrohydrauliques
OFPPT / DRIF / CDC Gnie Electrique 1
Document labor par :
Nom et prnom EFP DR KISSIOVA-TABAKOVA Raynitchka
CDC Gnie Electrique
DRIF
Rvision linguistique - - - Validation - - -
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Module 24 : Analyse de circuits pneumatiques, lectropneumatiques, hydrauliques et lectrohydrauliques
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SOMMAIRE
Prsentation du Module.........................................................................................................8 RESUME THEORIQUE .........................................................................................................9
PNEUMATIQUE ET ELECTROPNEUMATIQUE ..........................................................................10 1. LOIS PRINCIPALES...............................................................................................................10
1.1. Base de la pneumatique................................................................................................14 1.1.1. Units de base...........................................................................................................14 1.1.2. Units drives ..........................................................................................................15
1.2. Lois fondamentales .......................................................................................................16 1.2.1. Loi de Boyle - Mariotte...............................................................................................16 1.2.2. Loi de Charles Gay-Lussac ....................................................................................17 1.2.3. Loi de Pascal .............................................................................................................20
2. AIR COMPRIME PRODUCTION ET DISTRIBUTION.........................................................22 2.1. Production de lair comprim .........................................................................................23 2.2. Compresseurs ...............................................................................................................26
2.2.1. Compresseur piston................................................................................................27 2.2.2. Compresseur membrane ........................................................................................27 2.2.3. Compresseur pistons rotatifs ..................................................................................28 2.2.4. Compresseur vis.....................................................................................................28
2.3. Rservoir dair ...............................................................................................................28 2.4. Dshydrateur .................................................................................................................30
2.4.1. Dessiccateur dair par le froid ....................................................................................30 2.4.2. Dshydrateur adsorption ........................................................................................31 2.4.3. Dshydrateur par absorption .....................................................................................32
2.5. Groupe de conditionnement ..........................................................................................33 2.5.1. Lubrification de lair comprim ...................................................................................35 2.5.2. Filtre air comprim ..................................................................................................37 2.5.3. Rgulateur de pression (manodtendeur) .................................................................39
3. DISTRIBUTEURS...................................................................................................................43 3.1. Distributeurs 2/2.............................................................................................................48 3.2. Distributeurs 3/2.............................................................................................................49
3.2.1. Distributeurs 3/2 bille ..............................................................................................49 3.2.2. Distributeurs 3/2 clapet ...........................................................................................50 3.2.3. Distributeurs 3/2 tiroir..............................................................................................53
3.3. Distributeurs 4/2.............................................................................................................55 3.3.1. Distributeur 4/2 sige plan ......................................................................................56 3.3.2. Distributeur 4/2 tiroir ...............................................................................................57
3.4. Distributeurs 4/3.............................................................................................................58 3.5. Distributeurs 5/2.............................................................................................................59
4. CLAPETS ...............................................................................................................................61 4.1. Valves darrt.................................................................................................................61
4.1.1. Clapet antiretour ........................................................................................................62 4.1.2. Elments de liaison....................................................................................................62 4.1.3. Soupape dchappement rapide................................................................................65
4.2. Rducteurs de dbit.......................................................................................................66 4.2.1. Rducteur de dbit dans les deux sens.....................................................................66 4.2.2. Rducteur de dbit unidirectionnel ............................................................................67
4.3. Rducteurs de pression.................................................................................................68 4.3.1. Rgulateur de pression..............................................................................................68 4.3.2. Limiteur de pression ..................................................................................................68 4.3.3. Soupape de squence...............................................................................................68
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4.4. Distributeurs combins ..................................................................................................69 4.5. Squenceur pneumatique .............................................................................................71
5. ACTIONNEURS......................................................................................................................76 5.1. Vrins ............................................................................................................................77
5.1.1. Vrin simple effet ....................................................................................................77 5.1.2. Vrin double effet....................................................................................................78 5.1.3. Vrin double effet amortissement en fin de course .............................................81 5.1.4. Vrin tandem .............................................................................................................82 5.1.5. Vrin sans tige ...........................................................................................................82 5.1.6. Modes de fixation.......................................................................................................83 5.1.7. Caractristiques des vrins .......................................................................................85
5.2. Moteurs..........................................................................................................................87 5.2.1. Moteurs piston ........................................................................................................87 5.2.2. Moteurs palettes .....................................................................................................88 5.2.3. Moteurs engrenages...............................................................................................89 5.2.4. Moteurs turbine.......................................................................................................89
5.3. Moteurs oscillants..........................................................................................................91 5.3.1. Moteurs oscillants crmaillre ................................................................................91 5.3.2. Moteurs oscillants aube ..........................................................................................91
6. ELECTROPNEUMATIQUE ....................................................................................................92 6.1. Elments dintroduction des signaux lectriques...........................................................93
6.1.1. Bouton-poussoir.........................................................................................................93 6.1.2. Commutateur poussoir ...........................................................................................95 6.1.3. Dtecteurs de fin de course.......................................................................................96 6.1.4. Capteurs sans contact selon le principe de Reed .....................................................97 6.1.5. Capteurs de proximit inductifs .................................................................................99 6.1.6. Capteurs de proximit capacitifs..............................................................................102 6.1.7. Dtecteurs de proximit optiques ............................................................................104
6.2. Elments lectriques de traitement des signaux .........................................................106 6.2.1. Relais.......................................................................................................................106 6.2.2. Contacteurs .............................................................................................................109 6.2.3. Convertisseurs lectropneumatiques (lectrodistributeurs).....................................110
7. MAINTENANCE DUN SYSTEME PNEUMATIQUE.............................................................114 7.1. Maintenance du lubrificateur........................................................................................114 7.2. Maintenance du filtre ...................................................................................................115 7.3. Fiabilit des distributeurs .............................................................................................115
HYDRAULIQUE ET ELECTROHYDRAULIQUE.........................................................................116 8. HISTORIQUE ET EVOLUTION DE LHYDRAULIQUE ........................................................116 9. GENERALITES.....................................................................................................................124
9.1. Units de mesure ........................................................................................................124 9.1.1. Dbit ........................................................................................................................124 9.1.2. Pression...................................................................................................................125 9.1.3. Force........................................................................................................................127 9.1.4. Travail ......................................................................................................................127 9.1.5. Puissance ................................................................................................................128
9.2. Symboles.....................................................................................................................129 10. LOIS ET PHENOMENES HYDRAULIQUES ........................................................................130
10.1. Loi de Pascal ...............................................................................................................130 10.2. Ecoulement des liquides..............................................................................................132
10.2.1. Rgimes dcoulement des liquides ........................................................................132 10.2.2. Exprience de Reynolds..........................................................................................134
10.3. Loi de conservation de lnergie..................................................................................136 11. FLUIDES DE TRANSMISSION DE PUISSANCE.................................................................139
11.1. Introduction..................................................................................................................139
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11.2. Caractristiques des fluides de transmission de puissance ........................................140 11.2.1. Densit.....................................................................................................................141 11.2.2. Viscosit ..................................................................................................................141
11.3. Classification des fluides de transmission de puissance base minrale ..................144 12. RESERVOIRS ET FILTRES.................................................................................................144
12.1. Rservoirs ...................................................................................................................145 12.1.1. Symboles .................................................................................................................145 12.1.2. Rle du rservoir .....................................................................................................145 12.1.3. Capacit du rservoir...............................................................................................145 12.1.4. Systme de rgulation thermique ............................................................................147
12.2. Filtre.............................................................................................................................148 12.2.1. Rle du filtre.............................................................................................................148 12.2.2. Degr ou niveau de filtration dun filtre ....................................................................149 12.2.3. Types de filtres ........................................................................................................149 12.2.4. Choix du filtre...........................................................................................................150 12.2.5. Types et constitutions des lments de filtration .....................................................151
13. CANALISATIONS .................................................................................................................151 13.1. Symboles et choix de canalisation...............................................................................151
13.1.1. Symboles .................................................................................................................151 13.1.2. Choix de canalisation...............................................................................................151
13.2. Types de canalisations ................................................................................................153 13.2.1. Canalisations rigides................................................................................................153 13.2.2. Canalisations souples..............................................................................................153
13.3. Raccords .....................................................................................................................155 14. POMPES HYDRAULIQUES .................................................................................................156
14.1. Symboles.....................................................................................................................157 14.2. Rendement des pompes hydrauliques ........................................................................157
14.2.1. Rendement volumtrique.........................................................................................158 14.2.2. Rendement mcanique............................................................................................159 14.2.3. Rendement global....................................................................................................160
14.3. Puissance ncessaire lentranement des pompes hydrauliques .............................160 14.4. Types de pompes hydrauliques...................................................................................161
14.4.1. Pompes engrenage denture extrieure .............................................................162 14.4.2. Pompe engrenage denture intrieure ................................................................165 14.4.3. Pompes palettes ...................................................................................................166 14.4.4. Pompes pistons ....................................................................................................171
15. DISTRIBUTEURS.................................................................................................................177 15.1. Dfinition des distributeurs ..........................................................................................178
15.1.1. Distribution du fluide ................................................................................................183 15.1.2. Diffrents types de recouvrement............................................................................184
15.2. Choix du calibre dun distributeur ................................................................................187 16. VALVES DE PRESSION ......................................................................................................189
16.1. Valves de limitation de pression ..................................................................................189 16.1.1. Valves de limitation de pression action directe.....................................................190 16.1.2. Valves de limitation de pression pilotes.................................................................191
16.2. Valves de squence ....................................................................................................193 16.3. Valves de rgulation ou de rduction de pression.......................................................196
16.3.1. Valves de rgulation de pression action direct .....................................................196 16.3.2. Valves de rgulation de pression clapet auxiliaire................................................197
16.4. Valves de progressivit ou de temporisation ...............................................................198 17. RECEPTEURS HYDRAULIQUES........................................................................................198
17.1. Rcepteur linaire - Vrin ............................................................................................199 17.1.1. Vrin simple effet ..................................................................................................201 17.1.2. Vrin double effet..................................................................................................204
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17.2. Moteurs hydrauliques ..................................................................................................206 17.2.1. Caractristiques de fonctionnement des moteurs hydrauliques ..............................206 17.2.2. Principaux types de moteurs hydrauliques ..............................................................210
18. ELECTROHYDRAULIQUE...................................................................................................216 18.1. Solnodes...................................................................................................................217
18.1.1. Solnode avec espace dair....................................................................................217 18.1.2. Solnode avec espace humide...............................................................................217
18.2. Situations pratiques en lectrohydraulique..................................................................218 GUIDE DE TRAVAUX PRATIQUES .................................................................................219 PNEUMATIQUE ET ELECTROPNEUMATIQUE ..............................................................220 TP1 Pilotage direct dun vrin.........................................................................................220 TP2 Pilotage indirect dun vrin......................................................................................224 TP3 Fonctions logiques ET et OU ..................................................................................229 TP4 Circuit mmoire et commande en fonction de la vitesse ........................................236 TP5 Soupape dchappement rapide .............................................................................240 TP6 Commande en fonction de la pression ...................................................................243 TP7 Module de temporisation.........................................................................................248 TP8 Dplacement coordonn.........................................................................................252 TP9 Contradiction deffet ................................................................................................255 TP10 Coupure du signal laide dun distributeur dinversion........................................258 TP11 Commande lectrique dun vrin pneumatique ....................................................264 TP12 Commande dun vrin pneumatique laide dun distributeur bistable.................272 TP13 Inversion automatique dun vrin ..........................................................................274 TP14 Commande temporise dun vrin ........................................................................277 HYDRAULIQUE ET ELECTROHYDRAULIQUE ...............................................................282 TP15 Machine estamper (Commande dun vrin simple effet) ................................282 TP16 Elvateur gobet (Commande dun vrin double effet) ....................................285 TP17 Dispositif de serrage (Variation de la vitesse).......................................................291 TP18 Potence hydraulique (Rduction de la vitesse).....................................................294 TP19 Perceuse (Rgulateur de pression) ......................................................................298 TP20 Dispositif daiguillage des paquets........................................................................305 TP21 Dispositif de pliage................................................................................................309 TP22 Perceuse...............................................................................................................313 EVALUATION DE FIN DE MODULE.................................................................................317 ANNEXE............................................................................................................................321
A. SYMBOLES ............................................................................................................................321 B. EXERCICES ...........................................................................................................................327 C. TRAVAIL PRATIQUE .............................................................................................................332
LISTE DE REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ............................................................337
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MODULE : 24 ANALYSE DE CIRCUITS PNEUMATIQUES,
ELECTROPNEUMATIQUES, HYDRAULIQUES ET LECTROHYDRAULIQUES
Dure : 90 heuresOBJECTIF OPERATIONNEL
COMPORTEMENT ATTENDU
Pour dmontrer sa comptence le stagiaire doit : analyser des circuits pneumatiques, lectropneumatiques, hydrauliques et lectrohydrauliques selon les conditions, les critres et les prcisions qui suivent.
CONDITIONS DEVALUATION
Travail individuel. partir :
- de schmas, de plan de circuits et de cahiers de charge - de manuels techniques
laide : - de lquipement, de loutillage et du matriel appropris
CRITERES GENERAUX DE PERFORMANCE
Respect des rgles de sant et de scurit au travail. Respect des normes. Respect des modes dutilisation de lquipement et de loutillage. Installation conforme aux normes en vigueur. Qualit des travaux. Respect de lenvironnement.
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OBJECTIF OPERATIONNEL DE COMPORTEMENT
PRECISIONS SUR LE COMPORTEMENT ATTENDU A) Interprter les schmas et les
plans. B) Calculer les principaux
paramtres dun circuit C) laborer des schmas. D) Slectionner les composants, les
raccords et les conduits. E) Monter des circuits de base :
pneumatiques et lectropneumatiques.
hydrauliques et lectrohydrauliques.
F) Vrifier le fonctionnement des
circuits: pneumatiques et
lectropneumatiques. hydrauliques et
lectrohydrauliques.
CRITERES PARTICULIERS DE PERFORMANCE 9 Identification juste des symboles 9 Description juste de la fonction des
composants. 9 Exactitude des calculs
9 Respect du cahier de charge 9 Choix pertinent des symboles. 9 Trac correct du schma. 9 Choix judicieux des composants,
des raccords et des conduits. 9 Montage des circuits conforme au
schma. 9 Vrification adquate du
fonctionnement. 9 Fonctionnement correct du circuit.
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Prsentation du Module
Analyse de circuits pneumatiques, lectropneumatiques, hydrauliques et lectrohydrauliques est un module de premire anne de formation qui permet aux stagiaires de la spcialit
lectricit de Maintenance Industrielle de se familiariser avec les
bases de la pneumatique, de llectropneumatique, de lhydraulique et
de llectrohydraulique. Lobjectif de ce dernier est de traiter galement
les lois fondamentales, les composants, les raccords et les conduits
des circuits pneumatiques et hydrauliques, la symbolisation et la
composition des schmas. Les stagiaires acquirent des
connaissances au calcul des divers paramtres ainsi qu la ralisation
des circuits de base. Ils sont placs dans une situation o ils peuvent
analyser les circuits, faire des mesures ncessaires et rparer les
dfaillances laide des outils appropris.
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Module 24 : ANALYSE DE CIRCUITS PNEUMATIQUES,
ELECTROPNEUMATIQUES, HYDRAULIQUES ET
ELECTROHYDRAULIQUES
RESUME THEORIQUE
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PNEUMATIQUE ET ELECTROPNEUMATIQUE
1. LOIS PRINCIPALES
Depuis bien longtemps dj, on fait appel aux technologies de la pneumatique pour
l'excution de tches mcaniques. Aujourd'hui, la pneumatique trouve de nouveaux
champs d'application grce au dveloppement de l'automatisation. Sa mise en
uvre dans ce domaine, permet l'excution d'un certain nombre de fonctions parmi
lesquelles:
- la dtection d'tats par le biais de capteurs ;
- le traitement d'informations au moyen de processeurs ;
- la commande d'actionneurs par le biais de practionneurs ;
- l'excution d'oprations l'aide d'actionneurs.
Le pilotage des machines et des installations implique la mise en place d'un rseau
logique souvent trs complexe, d'tats et de conditions de commutation. C'est
l'action conjugue des diffrents capteurs, processeurs, practionneurs et
actionneurs qui permet d'assurer le droulement des enchanements dans les
systmes pneumatiques ou semi pneumatiques.
Le formidable bond technologique ralis, autant pour ce qui concerne les matriaux
que dans les mthodes de conception et de production, a permis d'une part
d'amliorer la qualit et la varit des composants pneumatiques et d'autre part
d'largir les champs d'application des techniques d'automatisation.
Les organes d'entranement pneumatiques permettent de raliser des dplacements
du type:
- linaire ;
- oscillant ;
- rotatif.
Un aperu ci-dessous donne quelques domaines d'application dans lesquels on fait
appel la pneumatique:
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- pour tout ce qui touche la manutention en gnral ;
serrage de matire d'uvre ; transfert de matire d'uvre ; positionnement de matire d'uvre ; orientation de matire d'uvre ; aiguillage du flux de matire d'uvre.
- mise en uvre dans divers domaines technologiques :
emballage ; remplissage ; dosage ; verrouillage ; entranement d'axes ; ouverture et fermeture de portes ; transfert de matire d'uvre ; travail sur machines-outils : tournage de pices, perage, fraisage,
sciage, finissage, formage) ;
dmariage de pices ; empilage de matire d'uvre ; impression et emboutissage de matire d'uvre.
Pour rappeler on donne les caractristiques et les avantages de la pneumatique:
- Quantit: L'air est disponible pratiquement partout en quantit illimite.
- Transport: L'air peut tre facilement transport par canalisations, mme sur de
grandes distances.
- Stockage: L'air comprim peut tre stock dans un rservoir d'o il est prlev
au fur et mesure. Le rcipient lui-mme peut en outre tre transport
(bouteilles).
- Temprature: L'air comprim est pratiquement insensible aux variations de la
temprature, d'o la fiabilit d'utilisation mme en conditions extrmes.
- Scurit: Aucun risque d'incendie, ni d'explosion avec l'air comprim.
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- Propret: Des fuites d'air comprim non lubrifi n'ont aucune consquence sur
l'environnement.
- Structure des diffrents quipements : La conception des diffrents
quipements est simple, donc peu onreuse.
- Vitesse: L'air comprim est un fluide de travail qui s'coule rapidement, ce qui
permet d'atteindre des vitesses de piston et des temps de rponse trs
levs.
- Surcharge: Les outils et les quipements pneumatiques admettent la charge
jusqu' leur arrt complet, donc aucun risque de surcharge.
Pour dterminer avec prcision les domaines d'utilisation de la pneumatique, il
importe de connatre aussi ses ventuels inconvnients:
- Prparation: L'air comprim doit subir un traitement pralable de faon viter
toute usure immodre des composants pneumatiques par des impurets ou
de l'humidit.
- Compressibilit: L'air comprim ne permet pas d'obtenir des vitesses de piston
rgulires et constantes.
- Force dveloppe: L'air comprim n'est rentable que jusqu' un certain ordre
de puissance. Pour une pression de service normale de 6 7 bar (600 700
kPa) et selon la course et la vitesse, la force dveloppe limite se situe entre
20000 et 30000 Newton.
- Echappement: L'chappement de l'air est bruyant, mais ce problme est
aujourd'hui en majeure partie rsolu grce la mise en uvre de matriaux
bonne isolation phonique et des silencieux.
Avant d'opter pour le pneumatique comme fluide de commande ou de travail, il
convient de procder une comparaison avec d'autres sources d'nergie. Une telle
dmarche doit prendre en compte l'ensemble du systme, depuis les signaux
d'entre (capteurs) jusqu'aux practionneurs et actionneurs, en passant par la partie
commande (processeur).
Les nergies de travail sont:
- l'lectricit ;
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- l'hydraulique ;
- la pneumatique ;
- une combinaison des nergies ci-dessus.
Critres de choix et caractristiques du systme dont il faut tenir compte pour la mise
en uvre des nergies de travail:
- force ;
- course ;
- type de dplacement (linaire, oscillatoire, rotatif) ;
- vitesse ;
- longvit ;
- scurit et fiabilit ;
- cots nergtiques ;
- facilit de conduite ;
- capacit mmoire.
Les nergies de commande sont:
- la mcanique ;
- l'lectricit ;
- l'lectronique ;
- la pneumatique ;
- la dpression ;
- l'hydraulique.
Critres de choix et caractristiques du systme dont il faut tenir compte pour la mise
en uvre des nergies de commande:
- fiabilit des composants ;
- sensibilit l'environnement ;
- maintenabilit et facilit de rparation ;
- temps de rponse des composants ;
- vitesse du signal ;
- encombrement ;
- longvit ;
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- possibilits de modification du systme ;
- besoins en formation.
La pneumatique se dcompose en plusieurs groupes de produits:
- actionneurs ;
- capteurs et organes d'entre ;
- processeurs ;
- accessoires ;
- automatismes complets.
1.1. Base de la pneumatique
L'air est un mlange gazeux compos des lments suivants:
- Azote: environ 78 vol. % ;
- Oxygne: env. 21 vol. % ;
On y trouve en outre des traces de gaz carbonique, d'argon, d'hydrogne, de non,
d'hlium, de krypton et de xnon.
Afin d'aider la comprhension des diffrentes lois, on indiquera ci-dessous les
grandeurs physiques selon le "Systme international" dont l'abrviation est SI.
1.1.1. Units de base
Grandeur Symbole Unit
Longueur L Mtre (m)
Masse M Kilogramme (kg)
Temps t Seconde (s)
Temprature T Kelvin (K, OC = 273 K)
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1.1.2. Units drives
Les units drives ont t obtenues partir des lois fondamentales en physique.
Parfois on a attribu aux units les noms des savants qui ont dcouvert et exprim
les lois.
Loi de Newton: force = masse x acclration F = m . a En chute libre, on remplace a par l'acclration due la pesanteur g = 9,81 m/s
Grandeur Symbole Unit
Force F Newton (N) 1 N = 1 kg. m/s
Surface A Mtre carr (m)
Volume V Mtre cube (m3)
Dbit Q m3/s
Pression p Pascal (Pa) 1Pa = 1N/m
1 bar = 105 Pa
La pression qui s'exerce directement sur la surface du globe terrestre est appele
pression atmosphrique (Pamb) et reprsente la pression de rfrence (fig. 1-1). Au-
dessus se trouve la plage des pressions effectives (+Pe), au-dessous se trouve la
plage de dpression (-Pe).
Fig. 1-1
Gamme doscillation de Pamb
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La pression atmosphrique n'est pas constante. Sa valeur varie en fonction de la
position gographique et du temps.
La pression absolue pabs est la valeur rapporte la pression zro (le vide). Elle
correspond la somme de la pression atmosphrique et de la pression effective ou
de la dpression. Les appareils de mesure utiliss dans la pratique n'indiquent que la
pression effective +pe. La pression absolue pabs lui est suprieure d'env. 1 bar (100
kPa).
1.2. Lois fondamentales
Il est caractristique de voir quel point l'air manque de cohsion, cest--dire de
force entre les molcules dans les conditions d'exploitation habituellement
rencontres en pneumatique. Comme tous les gaz, l'air n'a pas de forme dtermine.
Il change de forme la moindre sollicitation et occupe tout l'espace dont il peut
disposer. Enfin, l'air est compressible.
1.2.1. Loi de Boyle - Mariotte
Fig. 1-2
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Cette proprit est mise en vidence par la loi de Boyle - Mariotte: A une temprature constante, le volume d'un gaz est inversement proportionnel sa
pression absolue ou, en d'autres termes, le produit du volume par la pression
absolue est constant pour une quantit de gaz dtermine (fig. 1-2).
p1 .V1 = p2 .V2 = p3 .V3 = Constant
Exemple
A la pression atmosphrique, l'air peut tre compress au 1/7 de son volume. Quelle
sera la pression, si la temprature reste constante?
Solution :
p1 .V1 = p2 .V2
p2 = (p1 / V2 ).V1
On sait que : V1 / V1 = 1/7 et p1 = pamb = 1 bar = 100 kPa
Donc : p2 = 1 . 7 = 7 bar = 700 kPa (absolu)
Il en rsulte: pe = pabs - pamb = (7 - 1) bar = 6 bar = 600 kPa
Le taux de compression d'un compresseur fournissant une pression de 6 bar (600
kPa) est de 7 : 1.
1.2.2. Loi de Charles Gay-Lussac
La dilatation des corps est l'un des effets de la chaleur, consquence immdiate de
l'lvation de la temprature. L'observation montre en effet que le plus souvent,
lorsqu'on chauffe un gaz, son volume augmente; on dit qu'il se dilate, et ce
phnomne est appel dilatation. La dilatation s'explique par l'amplitude de l'agitation molculaire: plus la temprature s'lve, plus les molcules s'agitent et
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s'loignent, l'agitation molculaire tant la base de la thorie de la chaleur. La
contraction, par contre, est due l'abaissement de la temprature, qui entrane une
diminution du mouvement molculaire.
Cette proprit est mise en vidence par la loi de Charles Gay-Lussac: Le coefficient de dilatation cubique d'un gaz est l'accroissement du volume que subit
l'unit de volume de ce gaz pour une lvation de temprature de un degr.
On peut dterminer la valeur du coefficient de dilatation cubique d'un gaz l'aide de
l'quation suivante :
)1T2T(1V1V2VK
= dans laquelle : K reprsente le coefficient de dilatation cubique d'un corps ;
V2 est le volume du corps la temprature T2 ; V1 est le volume du mme corps la temprature T1.
On appelle la dilatation par unit de volume pour une lvation de temprature de
1C sous pression constante, le coefficient de dilatation (alpha) ou le coefficient d'expansion volumique . Le coefficient est le mme pour tous les gaz : il vaut 1/273.
Il existe aussi un coefficient (bta) pour l'augmentation de la pression volume constant. Ce coefficient de pression a la mme valeur que celui d'expansion
volumique, soit 1/273.
Puisque le volume d'un gaz 0C, maintenu pression constante, varie de 1/273
pour chaque variation de 1C, si l'on refroidit fortement le gaz, le volume devrait
diminuer au point de devenir nul lorsqu'on atteindra la temprature de 273C. La
temprature de 273C est vraiment la limite la plus basse qu'il soit possible
d'imaginer, de laquelle on ne se rapproche que trs difficilement. La temprature de
273C est appele zro absolu. Si la temprature T d'un gaz est donne en degrs Celsius, la temprature absolue T de ce corps est dtermine en ajoutant 273.
T = T (C) + 273
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Il est d'usage de remplacer le T par K et d'exprimer la temprature absolue en
degrs kelvins : K = T+ 273.
Il est ncessaire de convertir la temprature en degrs kelvins lorsquon a rsoudre
un problme o l'inconnue est la pression ou le volume.
La relation entre la pression et la temprature d'un gaz maintenu volume constant
s'exprime comme suit:
2T1T
2P1P =
De mme, la relation entre le volume et la temprature d'un gaz maintenu pression
constante est la suivante:
2T1T
2V1V =
Ce qui donne, comme quation gnrale :
2T2V.2P
1T1V.1P =
Exercice
1. Un ballon de football est gonfl dair 193 kPa et la temprature est de 21C.
Quelle sera la pression effective de lair dans le ballon C ?
Solution :
2T1T
2P1P = 1T
2T.1P2P =
P1 = 193 + 101 = 294 kPa (la pression absolue)
T1 = 21C + 273 = 294 K (la temprature initiale)
T2 = 5C + 273 = 278 K (la temprature atteinte)
P2 = 294 kPa . 278 K / 294 K = 278 kPa (la pression absolue)
P2 = 278 101 = 177 kPa (la pression effective)
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2. Un compresseur aspire lair la pression atmosphrique et le comprime dans
un rservoir dune capacit de 1,5 m3. A partir du rservoir plein, quel volume
dair faut-il extraire pour que la pression atteigne 550 kPa, sachant que la
temprature est passe de 22C 38C ?
Solution :
2T2V.2P
1T1V.1P = 1P.2T 1T.2V.2P1V =
P1 = 101 kPa (la pression atmosphrique)
P2 = 550 + 101 = 651 kPa (la pression absolue)
V2 = 1,5 m3 (le volume aprs la compression)
T1 = 22C + 273 = 295 K (la temprature initiale)
T2 = 38C + 273 = 311 K (la temprature finale)
V1 = 651 kPa . 1,5 m3 . 295 K / 311 K . 101 kPa
V1 = 9,17 m3 (le volume extrait)
1.2.3. Loi de Pascal
On sait que, contrairement aux liquides, les gaz sont compressibles. Toutefois, pour
une pression donne lintrieur dun vase clos, que ce soit pour un liquide ou un
gaz, cette pression est gale et sexerce intgralement sur tous les points des parois
avec un angle de 90C (principe de Pascal : Toute pression exerce sur un fluide renferm dans un vase clos est transmise intgralement tous les points du fluide et
des parois ).
Comme on peut le voir la fig. 1-3, l'air emprisonn dans un rservoir une pression
donne transmet cette pression un systme pneumatique considr comme tant
tanche, donc un vase clos. Le principe de Pascal s'applique tous les points des
conduits et des composants du systme pneumatique.
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Fig. 1-3
Gnralement, les systmes d'air comprim des usines ont des pressions effectives
de 620 760 kPa. La charge soulever est gnralement connue, car on construit
un systme en fonction d'un travail faire.
Dans un vrin, la pression exerce sur la surface du piston cre une force qui est le
rsultat du produit de la pression du systme par la surface du piston. On peut donc
crire la relation suivante:
F = p x A
Les units utilises pour appliquer cette formule sont les suivantes :
Force :
- en newtons dans le systme international ;
- en livres dans le systme imprial.
Pression :
- en pascals dans le systme international ;
- en livres par pouce carr dans le systme imprial.
Surface :
- en mtres carrs dans le systme international ;
- en pouces carrs dans le systme imprial
Pour dterminer la force ncessaire pour lever une charge l'aide d'un vrin, on doit
connatre deux des trois paramtres de la formule.
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Exemple
La rserve d'air d'un rservoir est sous une pression de 825 kPa. Elle fait partie d'un
circuit pneumatique commandant un vrin. Ce vrin doit pousser une charge de
827 kg. Quel sera le diamtre du vrin ncessaire pour dplacer la charge ?
Solution :
Conversion des donnes :
Pour rsoudre ce problme, il faut convertir la pression en pascals et la masse en
newtons.
Pression: 825 000 Pa
Force: 827 kg X 10 N/kg = 8 270 N
Calcul du diamtre du vrin :
F = p x A A = F / p = 8270 N / 825000 Pa = 0,010 m
A = . r = . D / 4 D = 4 A / = 4 . 0,010 / = 0,112 m = 11,2 cm D 11 cm
2. AIR COMPRIME PRODUCTION ET DISTRIBUTION
Pour qu'un automatisme pneumatique soit fiable, il est indispensable de disposer
d'un air comprim d'alimentation de bonne qualit. Cette exigence implique
l'observation des facteurs suivants:
- pression correcte ;
- air sec ;
- air pur.
Un non respect de ces exigences peut entraner une augmentation des temps
d'immobilisation des machines et, par consquent, une augmentation des cots
d'exploitation.
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2.1. Production de lair comprim
La production de l'air comprim commence ds la phase de compression. L'air
comprim doit traverser toute une srie de sous-ensembles avant d'atteindre l'organe
moteur. Le type de compresseur utilis, ainsi que sa situation gographique peuvent
avoir une influence plus ou moins grande sur la quantit d'impurets, d'huile et d'eau
pouvant atteindre le systme pneumatique. Pour viter ce genre d'inconvnients, le
dispositif d'alimentation en air comprim doit comporter les lments suivants:
- un filtre d'aspiration ;
- un compresseur ;
- un rservoir d'air comprim ;
- un dshydrateur ;
- un filtre air comprim avec sparateur de condensat ;
- un rgulateur de pression ;
- un lubrificateur ;
- des points de purge du condensat.
Un air comprim mal conditionn peut contribuer augmenter le nombre de pannes
et rduire la dure de vie des systmes pneumatiques. Ceci peut se manifester de
plusieurs manires:
- augmentation de l'usure au niveau des joints et des pices mobiles dans les
distributeurs et les vrins ;
- suintement d'huile au niveau des distributeurs ;
- encrassement des silencieux.
D'une manire gnrale, les composants pneumatiques sont conus pour supporter
une pression de service maximum de 8 10 bar. Si l'on veut exploiter l'installation
avec un maximum de rentabilit, une pression de 6 bar sera amplement suffisante.
En raison d'une certaine rsistance l'coulement au niveau des composants (p.ex.
au passage des tranglements) et dans les canalisations, il faut compter avec une
perte de charge comprise entre 0,1 et 0,5 bar. Il faut donc que le compresseur soit en
mesure de fournir une pression de 6,5 7 bar pour assurer une pression de service
de 6 bar.
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Toute chute de pression entre le compresseur et le point d'utilisation de l'air
comprim constitue une perte irrcuprable. Par consquent, le rseau de
distribution est un lment important de l'installation d'air comprim.
En gnral, on doit respecter les rgles suivantes (fig. 2-1) :
- Les dimensions des tuyaux doivent tre calcules assez largement pour que
la perte de charge entre le rservoir et le point d'utilisation n'excde pas 10%
de la pression initiale.
- Une ceinture de distribution qui fait le tour de l'usine doit tre prvue. Cela afin
d'assurer une bonne alimentation au point o la demande d'air est la plus
forte.
- Toute canalisation principale doit tre munie de prises situes aussi prs que
possible du point d'utilisation. Cela permet d'utiliser des dispositifs de
raccordement plus courts, et par consquent, d'viter les fortes pertes de
charge qui se produisent dans les tuyaux souples.
Fig. 2-1
- Les prises doivent toujours tre situes au sommet de la canalisation afin
d'liminer l'entranement d'eau de condensation dans l'quipement.
- Toutes les canalisations doivent tre installes en pente descendante, vers
une tuyauterie de purge, afin de faciliter l'vacuation de l'eau et empcher
qu'elle ne pntre dans les appareils o elle aurait un effet nuisible.
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- La pente doit toujours tre descendante, en s'loignant du compresseur, pour
viter que l'eau de condensation ne retourne dans le rservoir.
L'air comprim doit tre stabilis. Le compresseur doit pour cela comporter un
rservoir mont en aval. Ce rservoir sert compenser les variations de pression
lorsque le systme prlve de l'air comprim pour son fonctionnement. Ds que la
pression dans le rservoir passe en de d'une certaine valeur, le compresseur se
met en marche et remplit le rservoir jusqu' ce que le seuil suprieur de pression
soit atteint. Ceci permet en outre au compresseur de ne pas avoir fonctionner en
permanence.
La fig. 2-2 montre l'installation adquate d'un rseau de distribution d'air comprim.
Fig. 2-2
Le facteur de marche recommand pour un compresseur est de l'ordre denviron
75%. Il est pour cela indispensable de dterminer la consommation moyenne et
maximum de l'installation de faon pouvoir orienter en consquence le choix du
compresseur. S'il est prvu une extension du rseau et, par consquent une
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augmentation de la consommation d'air comprim, il convient d'opter pour un bloc
d'alimentation plus important ds le dpart car une extension de ce poste est une
opration toujours onreuse.
L'air aspir par le compresseur contient toujours un taux d'humidit se prsentant
sous forme de vapeur d'eau et que l'on exprime en % relatif d'humidit. L'humidit
relative est fonction de la temprature et de la pression atmosphrique. Plus la
temprature est leve, plus l'air ambiant peut absorber de l'humidit. Lorsque le
taux de saturation de 100 % relatifs d'humidit d'air est atteint, l'eau se condense sur
les parois.
Si l'limination de l'eau de condensation est insuffisante, cette eau peut passer dans
le systme et occasionner les problmes suivants:
- corrosion des tuyauteries, des distributeurs, des vrins et autres composants ;
- rinage du lubrifiant sur les composants mobiles.
Ceci tend altrer le fonctionnement des composants et anticiper l'apparition d'une
panne du systme. En outre, les fuites qui peuvent en rsulter sont de nature
provoquer des effets indsirables sur la matire d'uvre (p.ex. produits
alimentaires).
2.2. Compresseurs
Fig. 2-3
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Le choix dun compresseur dpend de la pression de travail et du dbit dair dont on
a besoin. Les compresseurs sont classs selon leur type de construction (fig. 2-3).
2.2.1. Compresseur piston
L'air aspir par une soupape d'admission est comprim par un piston puis envoy
dans le circuit par une soupape d'chappement.
Les compresseurs piston sont frquemment utiliss en raison de l'importante plage
de pressions qu'ils offrent. Pour la production de pressions encore plus importantes
on fera appel des compresseurs plusieurs tages, le refroidissement de l'air se
faisant dans ce cas entre les tages du compresseur.
Plages de pression optimales des compresseurs piston :
Jusqu 400 kPa (4 bar) mono tag
Jusqu 1500 kPa (15 bar) bi tag
Au-dessus de 1500 kPa (15 bar) trois tages ou plus
Les pressions suivantes peuvent tre atteinte, cependant au dtriment de la
rentabilit :
Jusqu 1200 kPa (12 bar) mono tag
Jusqu 3000 kPa (30 bar) bi tag
Au-dessus de 3000 kPa (30 bar) trois tages et plus
2.2.2. Compresseur membrane
Le compresseur membrane fait partie du groupe des compresseurs piston. La
chambre de compression est ici spare du piston par une membrane. L'avantage
majeur est d'empcher tout passage d'huile du compresseur dans le flux d'air. C'est
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la raison pour laquelle le compresseur membrane est frquemment utilis dans les
industries alimentaire, pharmaceutique et chimique.
2.2.3. Compresseur pistons rotatifs
Sur le compresseur pistons rotatifs, la compression de l'air s'effectue au moyen de
pistons anims d'un mouvement de rotation. Pendant la phase de compression, la
chambre de compression est en rduction permanente.
2.2.4. Compresseur vis
Deux arbres (rotors) profil hlicodal tournent en sens oppos. L'engrnement des
profils provoque l'entranement et la compression de l'air.
2.3. Rservoir dair
Le rservoir est charg d'emmagasiner l'air comprim refoul par le compresseur. Il
permet de stabiliser l'alimentation en air comprim sur le rseau et de compenser les
variations de pression (fig. 2-4).
Fig. 2-4
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Fig. 2-5
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La surface relativement importante du rservoir permet de refroidir l'air comprim.
L'eau de condensation est ainsi limine et doit tre rgulirement purge au moyen
du robinet de purge.
La capacit du rservoir est fonction:
- du dbit du compresseur ;
- de la consommation du rseau ;
- de la longueur du rseau de distribution (volume supplmentaire) ;
- du mode de rgulation ;
- des variations de pression admissibles l'intrieur du rseau.
Sur le diagramme (fig. 2-5) on peut dterminer graphiquement le volume du
rservoir.
2.4. Dshydrateur
Un taux d'humidit trop important dans l'air comprim peut contribuer rduire la
dure de vie des systmes pneumatiques. Il est donc indispensable de monter sur le
rseau un dshydrateur qui permet d'abaisser l'humidit de l'air au taux voulu. La
dshydratation de l'air peut tre ralise par :
- dessiccation par le froid ;
- dshydratation par adsorption ;
- schage par absorption.
Une rduction des cots de maintenance, des temps d'immobilisation et une
augmentation de la fiabilit des systmes permettent d'amortir relativement vite les
cots supplmentaires engendrs par la mise en uvre d'un dshydrateur.
2.4.1. Dessiccateur dair par le froid
Le dshydrateur le plus frquemment employ est le dessiccateur d'air par le froid
(fig. 2-6). L'air qui le traverse est port une temprature infrieure au point de
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rose. L'humidit contenue dans le flux d'air est ainsi limine et recueillie dans un
sparateur.
Fig. 2-6
L'air qui entre dans le dessinateur d'air est pr refroidi dans un changeur thermique
par l'air frais qui en sort puis port une temprature infrieure au point de rose
dans le groupe frigorifique. On appelle point de rose la temprature laquelle il
faut refroidir l'air pour provoquer la condensation de la vapeur d'eau.
Plus la diffrence de temprature par rapport au point de rose est importante, plus
l'eau aura tendance se condenser. Grce la dessiccation par le froid, on arrive
atteindre des points de rose situs entre 2C et 5C.
2.4.2. Dshydrateur adsorption
On appelle ladsorption la fixation de substances sur la surface de corps solides.
L'agent de dessiccation, galement appel gel, est un granulat compos
essentiellement de bioxyde de silicium.
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Fig. 2-7
La dshydratation par adsorption est le procd qui permet d'atteindre les points de
rose les plus bas (jusqu' 90C).
Les dshydrateurs par adsorption (fig. 2-7) sont toujours utiliss par deux. Lorsque le
gel du premier est satur, on passe sur le second pendant que l'on procde la
rgnration du premier par un schage l'air chaud.
2.4.3. Dshydrateur par absorption
Absorption: Une substance solide ou liquide provoque une raction chimique de
dliquescence sur un corps gazeux.
L'air comprim est dbarrass des grosses gouttes d'eau et d'huile dans un prfiltre.
A son entre dans le dshydrateur (fig. 2-8), l'air comprim est entran en rotation et
traverse la chambre de schage remplie d'un produit fondant (dessiccateur).
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L'humidit se combine au dessiccateur et le dilue. La combinaison liquide qui en
rsulte est ensuite recueillie dans le rceptacle infrieur. Le mlange doit tre
vidang rgulirement et le dessiccateur consomm doit tre remplac.
Fig. 2-8
Le procd par absorption se distingue par:
- sa simplicit de mise en uvre ;
- une moindre usure mcanique (pas de pices mobiles) ;
- une faible consommation d'nergie.
2.5. Groupe de conditionnement
Le groupe de conditionnement (fig. 2-9) sert prparer lair comprim. Il est mont
en amont des commandes pneumatiques.
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Fig. 2-9
Le groupe de conditionnement est constitu de :
- un filtre air comprim ;
- un rgulateur de pression ;
- un lubrificateur.
Concernant le groupe de conditionnement, il faut tenir compte du fait que :
- La taille du groupe de conditionnement est une fonction de limportance du
dbit (en m3/h). Un dbit trop important peut provoquer une importante chute
de pression dans les appareils. Il est donc primordial de respecter
scrupuleusement les indications des constructeurs.
- La pression de service ne doit pas dpasser la valeur donne pour le groupe
de conditionnement. La temprature ambiante ne doit en principe pas tre
suprieure 50C (valeur maximale pour les bols en matire plastique).
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Dans une installation industrielle, l'air est gnralement assch la sortie du
compresseur et accumul dans un rservoir. La pression de distribution est contrle
la sortie du rservoir et l'air circule dans un rseau de tuyaux dacier de diffrentes
dimensions. Ce type de conduit se dgrade partiellement lorsqu'il entre en contact
avec l'humidit. Il se forme alors de la rouille qui se dtache et contamine le rseau
de distribution.
Les poussires et les dbris de pte raccord, provenant d'un manque de soin au
montage, s'y ajoutent frquemment. Malheureusement, dans un systme
pneumatique typique contenant des mtaux ferreux, la contamination engendre la
contamination. La prsence d'eau dans un systme propre au dpart peut, en trs
peu de temps, produire de l'oxyde de fer l'intrieur des canalisations.
L'air est de plus en plus utilis pour la commande des instruments et des systmes.
Les circuits pneumatiques logiques, faisant usage de soupapes de conception
diverse, sont aussi utiliss en nombre croissant. Ces applications s'ajoutent
l'utilisation de l'air pour alimenter les nombreux outils pneumatiques. C'est pourquoi il
est ncessaire d'utiliser, chaque poste de travail, une unit de conditionnement
d'air. D'autant plus que chaque application exige un traitement particulier de l'air. En
gnral, une unit de conditionnement d'air est compose d'un filtre, d'un rgulateur
de pression et parfois d'un lubrificateur.
2.5.1. Lubrification de lair comprim
D'une manire gnrale, il faut viter de lubrifier l'air comprim. Par contre, si
certaines pices mobiles des distributeurs et des vrins ncessitent une lubrification
extrieure, il faut prvoir un apport d'huile suffisant et continu dans l'air comprim. La
lubrification de l'air comprim doit se limiter aux parties d'une installation ncessitant un air comprim lubrifi. L'huile mle l'air comprim par le compresseur ne
convient pas pour la lubrification des lments pneumatiques.
Il ne faut pas faire fonctionner avec un air comprim lubrifi les vrins dots de joints
rsistants la chaleur car leur graisse spciale pourrait tre rince par l'huile.
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Si des rseaux auparavant lubrifis doivent tre transforms pour fonctionner avec
de l'air comprim non lubrifi, il faut remplacer le systme de graissage d'origine des
distributeurs et des vrins car celui-ci a pu ventuellement tre rinc.
L'air comprim doit tre lubrifi dans les cas suivants:
- ncessit de dplacements extrmement rapides ;
- utilisation de vrins grand alsage (dans ce cas il est conseill de monter le
lubrificateur immdiatement en amont du vrin).
Une lubrification excessive peut entraner les problmes suivants:
- mauvais fonctionnement de certains composants ;
- pollution de l'environnement ;
- gommage de certains lments aprs une immobilisation prolonge.
Fig. 2-10
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L'air comprim traverse le lubrificateur (fig. 2-10) et provoque au passage d'un
venturi une dpression utilise pour aspirer l'huile arrivant par un tube vertical reli
au rservoir. L'huile passe ensuite dans une chambre o elle est pulvrise par le
flux d'air avant de continuer son parcours.
Le rglage du dosage d'huile se fait de la faon suivante: A titre indicatif, le dosage
est d'environ 1 10 gouttes par mtre cube. Pour vrifier si le dosage est correct, on
peut procder de la faon suivante: maintenir un morceau de carton une distance
de 20 cm de l'orifice de refoulement du distributeur le plus loign. Mme au bout
d'un certain temps, il ne doit pas y avoir d'coulement d'huile sur le carton.
2.5.2. Filtre air comprim
Leau de condensation, lencrassement et un excs dhuile peuvent provoquer une
usure des pices mobiles et des joints des composants pneumatiques. Il peut arriver
que ces substances schappent par des fuites. Sans lutilisation de filtres air
comprim, des matires duvre telles que les produits des industries alimentaire,
pharmaceutique et chimique peuvent tre pollues et, par consquent, rendues
inutilisables.
Le choix dun filtre air comprim est trs important pour lalimentation du rseau en
air comprim de bonne qualit. Les filtres air se caractrisent en fonction de leur
porosit. Cest elle qui dtermine la taille de la plus petite particule pouvant tre
filtre.
En entrant dans le filtre air (fig. 2-11), l'air comprim est projet contre un
dflecteur qui l'entrane en rotation. Les particules d'eau et les particules solides sont
spares du flux d'air par l'effet de la force centrifuge et sont projetes sur la paroi
intrieure de la cuve du filtre avant de s'couler dans le collecteur. L'air pr nettoy
traverse la cartouche filtrante dans laquelle doit encore avoir lieu la sparation des
particules solides de taille suprieure la taille des pores. Sur les filtres normaux, la
porosit se situe entre 5 m et 40 m.
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Fig. 2-11
On entend par taux de filtration le pourcentage de particules retenues par le filtre au
passage du flux d'air. En se basant sur une largeur de pore de 5 m, le taux de
filtration atteint en gnral 99,99%.
Certaines versions de filtre sont mme capables de filtrer les condensats. Lair de
condensation accumul doit tre vidang avant datteindre le repre car il pourrait
sinon tre raspir par le flux dair.
Si la quantit de condensat est relativement importante, il convient de remplacer le
purgeur manuel robinet par un dispositif de purge automatique. Ce dernier se
compose d'un flotteur qui ouvre le passage d'une buse d'air comprim relie un
systme de leviers lorsque le condensat atteint son niveau maximum. L'afflux d'air
comprim provoque l'ouverture de l'orifice de purge par le biais d'une membrane.
Lorsque le flotteur atteint le niveau bas du condensat, la buse se ferme et arrte la
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vidange. Le rservoir peut en outre tre vidang au moyen d'une commande
manuelle.
Au bout d'un certain temps de fonctionnement, il faut remplacer la cartouche filtrante
car elle pourrait tre obture par un trop fort encrassement. En fait, le filtre continue
fonctionner malgr l'encrassement mais il risque d'opposer une trop grande
rsistance au flux d'air et, par consquent, augmenter la chute de pression.
Le moment opportun pour le remplacement du filtre peut tre dtermin par un
contrle visuel ou par une mesure de la diffrence de pression. Il faut remplacer la
cartouche filtrante si la diffrence de pression est de 40 60 kPa (0,4 0,6 bar).
2.5.3. Rgulateur de pression (manodtendeur)
L'air comprim produit par le compresseur est soumis des variations. En se
rpercutant sur le rseau, ces variations de pression peuvent affecter les
caractristiques de commutation des distributeurs, le facteur de marche des vrins et
le rglage des rducteurs de dbit et distributeurs bistables.
Un niveau de pression constant est un pralable au fonctionnement sans problme
d'une installation pneumatique. Afin de garantir un maintien constant de ce niveau de
pression, on raccorde au circuit des manodtendeurs, monts de faon centrale, qui
assurent une alimentation en pression constante du rseau (pression secondaire),
ce, indpendamment des variations de pression pouvant se manifester dans le circuit
de commande principal (pression primaire). Le rducteur de pression, encore appel
manodtendeur, est mont en aval du filtre air comprim et maintient constante la
pression de service. Le niveau de pression doit toujours tre ajust en fonction des
exigences de chaque installation.
L'exprience a dmontr qu'une pression de service de
6 bar sur la partie puissance et 4 bar sur la partie commande
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s'avrait tre le compromis le plus rentable et, techniquement parlant, le plus adapt
entre la production d'air comprim et le rendement des composants.
Rgulateur de pression avec orifice dchappement
Une pression de service trop importante peut entraner une dpense d'nergie
excessive et une augmentation de l'usure. Par contre, une pression trop faible peut
tre l'origine d'un mauvais rendement, en particulier dans la partie puissance.
Fig. 2-12
Principe de fonctionnement (fig. 2-12): La pression d'entre (pression primaire) du
rducteur de pression est toujours suprieure la pression de sortie (pression
secondaire). La rgulation de la pression se fait par l'intermdiaire d'une membrane.
La pression de sortie s'exerant sur un ct de la membrane s'oppose la force d'un
ressort s'exerant de l'autre ct. La force du ressort peut tre rgle par
l'intermdiaire d'une vis.
Lorsque la pression secondaire augmente, p. ex. en cas d'alternance de charge sur
le vrin, la membrane est pousse contre le ressort, ce qui a pour effet de rduire,
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voire de fermer compltement la section de sortie du clapet. Le clapet de la
membrane s'ouvre et l'air comprim peut s'chapper l'air libre par les orifices
d'chappement pratiqus dans corps du rgulateur.
Lorsque la pression secondaire baisse, le ressort ouvre le clapet. Le fait de pouvoir
obtenir, grce une rgulation de l'air comprim, une pression de service pr-
ajuste signifie donc que le clapet effectue un mouvement d'ouverture et de
fermeture permanent command par le dbit d'air. La pression de service est
indique par un manomtre.
Rgulateur de pression sans orifice dchappement
Fig. 2-13
Principe de fonctionnement : Lorsque la pression de service (pression secondaire)
est trop haute (fig. 2-13), la pression augmente au niveau du clapet et pousse la
membrane l'encontre de la force du ressort. Simultanment, la section de sortie du
clapet se rduit ou se ferme, ce qui a pour effet de rduire ou de stopper le dbit.
L'air comprim ne pourra recirculer que lorsque la pression de service sera
redevenue infrieure la pression primaire.
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On peut trouver sur la fig. 2-14 les symboles des lments de production et de
distribution dnergie.
Fig. 2-14
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3. DISTRIBUTEURS
Les distributeurs sont des appareils qui permettent dagir sur la trajectoire dun flux
dair, essentiellement dans le but de commander un dmarrage, un arrt ou un sens
de dbit. Il existe plusieurs types de distributeurs (fig. 3-1).
Fig. 3-1
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On reprsente les diffrents modles de distributeurs l'aide de symboles. Le
symbole reprsentant le distributeur indique le nombre de ses orifices, ses positions
de commutation et son mode de commande. Aucune indication nest donne en ce
qui concerne sa technologie de construction, laccent tant mis uniquement sur ses
fonctions.
Par position zro on entend, dans le cas des distributeurs rappel, la position
que les pices mobiles occupent lorsque le distributeur nest pas actionn.
Par position de repos (ou position initiale ) on entend la position quoccupent
les pices mobiles du distributeur aprs leur montage dans linstallation et leur mise
sous pression ou, le cas chant, sous tension lectrique. Cest la position par
laquelle commence le programme de commutation.
Chaque symbole est constitu d'une case rectangulaire l'intrieur de laquelle on
trouve deux ou trois carrs. Ces carrs dsignent le nombre de positions que peut
prendre le distributeur symbolis. l'intrieur de chaque carr, des flches indiquent
le sens de la circulation du fluide pour chacune des positions du distributeur.
La fig. 3-2 montre le dbut de la cration des symboles de distributeurs. Le nombre
de carrs juxtaposs correspond au nombre de positions que peut prendre le
distributeur. Il faut ensuite ajouter, dans chaque carr, les lignes qui schmatisent les
canalisations internes du distributeur :
les orifices sont tracs sur le carr de la position de repos ; une flche indique le sens du passage de l'air ; un trait transversal indique une canalisation ferme.
Pour un distributeur deux positions, l'tat de repos est indiqu par la case de droite
(carr b). Pour un distributeur trois positions, la position mdiane constitue la
position de repos (carr 0). On ajoute ensuite les orifices (branchement des entres
et des sorties) qui sont tracs sur le carr schmatisant la position de repos.
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Fig. 3-2
Gnralement les orifices sont identifis par des lettres. Ainsi, selon la norme ISO
1219, les orifices dun distributeur sont identifis comme suit :
- Pression dalimentation (source dnergie) : P
- Sortie ou utilisation (travail) : A, B, C
- Echappement (vacuation de lair l libre) : R, S, T
- Commande (pilotage) : Z, Y, X
Il existe des distributeurs deux, trois, quatre ou cinq orifices. Il faut faire preuve de
vigilance lors de linterprtation des symboles des distributeurs N.O. et N.F., car avec
ceux munis de plus de trois orifices, il y a presque toujours une canalisation qui
conduit lair. La fig. 3-3 contient une liste des symboles des distributeurs les plus
rpandus.
Chaque distributeur est muni dun moyen de commande et dun moyen de rappel :
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- le moyen de commande constitue le mode dactionnement et est dessin, par
convention, la gauche du symbole du distributeur ;
- le moyen de rappel constitue le mode de dsactivation du distributeur et est
dessin, par convention, la droite du symbole.
Fig. 3-3
Le ressort constitue frquemment le moyen de rappel. Ce nest toutefois pas la rgle
gnrale, car selon leur emploi et leur localisation, les distributeurs peuvent tre
actionns des deux cts de diffrentes manires.
Si l'on considre que chaque distributeur de la fig. 3-4 peut tre actionn d'un ct ou
de l'autre par un des modes de commande, on obtient une quantit assez
impressionnante de combinaisons possibles.
Pour les modles commande pneumatique, il faut noter que les orifices de pilotage
ne servent pas au compte qui sert dsigner les distributeurs (3/2 ou 4/2, par
exemple). On considre uniquement les orifices d'alimentation, d'utilisation et
d'chappement.
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Par ailleurs, on distingue deux principales classes de distributeurs selon le nombre
de positions stables qu'ils possdent :
- Monostable : possde une seule position stable, soit celle de repos. Le mode
d'actionnement doit tre activ en permanence pour toute la dure de
l'actionnement du distributeur. C'est le cas d'un modle bouton-poussoir et
rappel par ressort.
- Bistable : possde deux tats stables, ce qui signifie qu'un actionnement
momentan ou une seule impulsion sert commuter le distributeur. On dit
aussi qu'un distributeur bistable agit comme une mmoire, car il a la capacit
de conserver sa position. C'est le cas d'un modle muni d'un pilotage
pneumatique de chaque ct.
Fig. 3-4
Les caractristiques de construction des distributeurs sont dterminantes pour la
longvit, le temps de rponse, le mode de commande, les types de raccordement et
lencombrement.
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Types de construction des distributeurs :
- Distributeurs clapet :
distributeurs bille ; distributeurs sige plane ( clapet ou disque) ;
- Distributeurs tiroir :
distributeurs tiroir longitudinal ; distributeurs tiroir longitudinal plat ; distributeurs plateau tournant.
Sur les distributeurs sige, les orifices sont ouverts et ferms laide de billes, de
disques, de plateaux ou de cnes. Ltanchit des siges est gnralement ralise
par des joints de caoutchouc. Les distributeurs sige nont pratiquement pas de
pices dusure, do leur plus grande longvit. Ils sont en outre insensibles
lencrassement et trs rsistants. Ils demandent cependant une force dactionnement
relativement leve pour pouvoir vaincre la rsistance du ressort de rappel et de lair
comprim.
Sur les distributeurs tiroir, les diffrents orifices sont relis ou obturs par des
pistons, associs des tiroirs plats ou par des plateaux rotatifs.
3.1. Distributeurs 2/2
Le distributeur 2/2 (fig. 3-5) dispose de deux orifices et de deux positions (ouvert,
ferm).Sur ce distributeur, il nest pas prvu dchappement en position ferme. Le
type de construction le plus couramment rencontr est le distributeur bille.
Le distributeur 2/2 est rarement employ dans un circuit pneumatique. On lutilise
surtout pour ouvrir ou fermer une ligne dalimentation. Un distributeur peut prendre
diffrentes positions. On dit quil est ouvert ou ferm . Son tat la position de
repos le caractrise comme tant normalement ouvert ou normalement
ferm .
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3.2. Distributeurs 3/2
Les distributeurs 3/2 permettent l'activation ou la remise zro des signaux. Le
distributeur 3/2 dispose de 3 orifices et 2 positions de commutation. Le troisime
orifice 3(R) sert la mise l'chappement de la voie du signal.
Fig. 3-5
3.2.1. Distributeurs 3/2 bille
Une bille est maintenue contre le sige du distributeur par la force d'un ressort
(fig. 3-6), ce qui stoppe le passage entre l'orifice d'alimentation 1(P) et l'orifice de
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travail 2(A). L'orifice 2(A) est mis l'chappement vers l'orifice 3(R) en traversant le
poussoir.
Fig. 3-6
Une action sur le poussoir du distributeur fait dcoller la bille de son sige. Il faut
pour cela vaincre la force du ressort de rappel et la force de la pression prsente. A
l'tat actionn, les orifices 1 (P) et 2(A) sont relis et le distributeur ainsi commut
libre le dbit. Dans ce cas, le distributeur est command soit manuellement, soit
mcaniquement. La force d'actionnement dpend de la pression d'alimentation et du
frottement l'intrieur du distributeur. La taille du distributeur est de la sorte limite.
Les distributeurs bille sont de conception simple et compacte.
3.2.2. Distributeurs 3/2 clapet
Les distributeurs clapets (fig. 3-7) sont conus sur le principe du clapet sige
plan. De conception simple, ils assurent aussi une bonne tanchit. Leur temps de
rponse est court, le moindre dplacement du clapet libre un large passage pour
l'coulement de l'air. Comme le distributeur bille, ces appareils sont insensibles
l'encrassement, d'o leur grande longvit.
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Distributeur 3/2, ferm au repos, sige plan, non actionn
Distributeur 3/2, ferm au repos, sige plan, actionn
Fig. 3-7
Sur les distributeurs ouverts en position de repos (fig. 3-8), le passage entre les
orifices 1(P) et 2(A) est libre en position de repos. Le clapet obture l'orifice 3(R). Le
fait d'actionner le bouton-poussoir provoque l'obturation de l'alimentation en air
comprim 1(P) et le clapet se soulve de son sige. L'air d'chappement peut alors
passer de 2(A) vers 3(R). Lorsque le bouton-poussoir n'est plus actionn, le ressort
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de rappel ramne le piston deux joints du distributeur en position initiale. L'air
comprim peut nouveau circuler de 1 (P) vers 2(A).
Distributeur 3/2, ouvert au repos, sige plan, non actionn
Distributeur 3/2, ouvert au repos, sige plan, actionn
Fig. 3-8
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3.2.3. Distributeurs 3/2 tiroir
Le principe de fonctionnement (fig. 3-9a et b) de ce distributeur est bas sur un
genre de piston qui libre ou obture les diffrents orifices lorsqu'il effectue un
dplacement longitudinal. Si l'on observe la construction du distributeur 3/2 N .F. de
la figure, on voit que l'air sous pression arrive l'orifice d'entre (1) et ne passe pas.
Q
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