Qualité de l'air comprimé - Recommandation Pneurop 6611 (2) - Cours de Mécanique des fluides avec Maxicours

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Qualité de l'air comprimé - Recommandation Pneurop 6611 (2)

1. Filtration - Filtre (code de désignation F)

Fonctionnement typique d'un filtre :

L'air pénètre dans le filtre au travers d'ailettes directionnelles (A) qui impriment à l'air un mouvement tourbillonnaire. Les particules liquides sont projetées contre la paroi interne de la cuve par l'action de la force centrifuge, puis coulent au bas de celle-ci, où un déflecteur (B) maintient une zone calme qui évite au liquide d'être réintroduit dans le circuit par les turbulences.

Ensuite l'air passe au travers de l'élément filtrant (C) qui arrête les particules solides. Lorsque le liquide atteint un niveau prédéterminé, le flotteur se soulève et actionne le purgeur automatique (D). Le liquide est alors évacué à l'extérieur de la cuve.

Un filtre protège le mécanisme du purgeur automatique. La figure suivante présente ce type de filtre.

Filtre :

Filtre pour ultrafiltration (Filtre sub-micronique) :

Les filtres les plus fins sont conçus pour la séparation efficaces des émulsions d'huile et autres impuretés provenant des compresseurs d'air et de gaz non corrosifs. Ils sont équipés d'un purgeur automatique. L'étage final pourvu d'un élément au carbone actif a un pouvoir séparateur des particules sub-microniques, supérieur à 99,9999 %. La contamination d'huile à la sortie du filtre est inférieure à une partie pour dix millions en poids.

Principe du filtre sub-micronique :

Le filtre sub-micronique est composé :

  • d'un premier filtre normal à cartouche filtrante de 5 µm,
  • d'un deuxième filtre possédant un élément filtrant spécial en tissu en fibres et en résine synthétique.

Il est possible d'éliminer par filtration les particules < 5 µm, jusqu'à 0,01 µm.

Les particules et les gouttelettes les plus grosses sont fixées par les fibres dès qu'elles entrent en contact avec la surface de la cartouche filtrante ou sont dirigées vers le fond de la cuve du filtre.

Les particules et gouttelettes de plus petite taille sont déviées de leur trajectoire et atteignent les fibres suivantes par lesquelles elles sont à leur tour fixées.

Les aérosols et particules de très petite taille se diffusent dans le matériau filtrant et se lient aux fibres par coalescence. La figure suivante présente le principe de fonctionnement du filtre sub-micronique.

Filtre sub-micronique :

La durée de vie de ces cartouches filtrantes est limitée. Dans les conditions normales d'utilisation, il faut remplacer les cartouche après six à douze mois.

Fonctionnement typique du filtre ultraire :

Les pré-filtre (A) éliminent les particules les plus grosses. L'élément principal de séparation et filtration (B) transforme l'émulsion d'huile et d'eau en liquide et élimine les particules sub-microniques. Les liquides ainsi formés sont évacués vers la paroi externe du filtre B.

Un fourreau poreux en plastique empêche la réinsertion des liquides dans le circuit, qui descendent alors au bas de la cuve dans la zone calme (C). Le carbone actif (D) agit comme absorbant pour éliminer toutes traces d'huile ou gaz hydrocarbure qui pourrait provenir de la cuve inférieure. Il intervient également en protection en cas de défaillance de la filtration de l'étage précédent.

Le mécanisme du purgeur est contenu dans une enceinte scellée (E) et conçu pour fonctionner même si la ligne est hors-pression. Le liquide est automatiquement évacué dès qu'il a atteint un niveau prédéterminé. La purge peut également être effectuée à la main en poussant l'axe situé au centre de l'orifice de sortie du purgeur. La figure suivante vous présente un filtre ultraire.

Filtre ultraire :

Ce traitement particulier de l'air comprimé convient pour des commandes en basse pression et pour toutes les applications nécessitant un air finement filtré : pharmacie, chimie, industries agro-alimentaires, fabrication des appareils optiques, des composants électroniques, etc.

Réducteur de pression (code de désignation R) ou détendeur ou régulateur de pression

2. Fonctionnement typique d'un régulateur

En tournant le bouton (A) dans le sens des aiguilles d'une montre, le ressort de régulation (B) est comprimé jusqu'à ce que la pression de sortie soit à la valeur désirée indiquées par le manomètre. La force du ressort est transmise par l'intermédiaire de la membrane (C) au clapet de vanne (D) qui s'ouvre alors.La face inférieure de la membrane est en communication avec la sortie du régulateur par le tube siphon (E).

Par conséquent, dès que la pression s'élève, la force appliquée à la membrane augmente et comprime le ressort jusqu'à ce que l'équilibre de force soit obtenu. Un excès de pression de sortie est mis automatiquement à l'atmosphère au travers de la soupape de décharge située au centre de la membrane (C). Le bouton de réglage peut être bloqué au moyen de la bague (F).

Note : Un réglage sans débit ne sera pas égal à un réglage en condition de débit.

Modèles sans soupape de décharge

La réduction de la pression ne peut être réalisée qu'en condition de débit. La figure suivante présente un réducteur de pression avec soupape de décharge.

Régulateur de pression avec soupape de décharge :

 Filtres régulateurs intégrés :

Ces unités réunissent les caractéristiques des filtres et régulateurs précédemment détaillés. Ils offrent l'avantage d'être plus compacts et plus économiques que deux unités simples assemblées, au moyen d'un raccord.

La figure suivante vous présente un filtre régulateur.

Filtre régulateur :

 3. Lubrificateur

La majorité des appareils pneumatiques ont des mouvements rotatifs ou de va-et-vient. Et comme tous les mouvements créent de l'usure et du frottement, on doit lubrifier les appareils pour réduire ces inconvénients. Pour que cette lubrification soit suffisante et continue, on ajoute une certaine quantité d'huile à l'air comprimé à l'aide d'un lubrificateur.

La plupart des lubrificateurs fonctionnent selon le principe de Venturi (figure suivante). La différence entre la pression régnant en amont de l'étranglement et la pression régnant dans la partie la plus étranglée de celui-ci permet l'aspiration d'un liquide (huile d'un réservoir) et son mélange avec l'air comprimé.

Principe de Venturi :

Le lubrificateur commence à fonctionner seulement lorsque l'écoulement d'air est suffisamment important. Si le prélèvement est trop réduit, la vitesse de l'écoulement est insuffisante pour produire une dépression en mesure de provoquer l'aspiration de l'huile du réservoir.

Lubrificateur (code de désignation L) :

Fonctionnement d'un lubrificateur à brouillard d'huile :

L'air d'admission passe par la valve à section variable (A), puis par le venturi. Une partie de l'air prélevé par la valve anti-retour (B), pour mettre la cuve d'huile (G) en pression.

La différence de pression créée par le venturi entre la cuve et le voyant de débit d'huile (C), entraîne une circulation d'huile dans le tube siphon (D) vers la tête de réglage (E). Les gouttes ainsi formées tombent dans le venturi où elles sont pulvérisées et transformées en brouillard, qui est véhiculé par l'air jusqu'aux composants pneumatiques à lubrifier.

La valve automatique (A) à section variable (élastomère) se déforme proportionnellement au débit instantané de l'air consommé par l'installation. Pour éviter toute manœuvre inopportune, le bouton de réglage peut être bloqué sur la position choisie en poussant l'anneau (F) vers le corps du lubrificateur (tirer pour déverrouiller). La figure suivante vous présente le lubrificateur.

Lubrificateur :

4. Méthodes modernes de distribution de l'air comprimé

Autrefois, on avait l'habitude de centraliser dans un seul appareil, appelé unité de conditionnement, toutes les fonctions de conditionnement de l'air comprimé telles que la filtration, la régulation et la lubrification.L'unité de conditionnement classique composée d'un filtre, d'un régulateur et d'un lubrificateur ne correspond plus aux exigences actuelles.

Désormais, on fait en sorte de séparer la pression, l'unité de filtration, la lubrification ou la séparation d'huile de façon à ce que chacun de ces éléments soit alimenté en fonction de ses exigences spécifiques, afin de garantir une durée de vie maximum à ces composants.

Les cinq niveaux suivants constituent un guide pratique pour une bonne utilisation des appareils de conditionnement dans les installations pneumatiques.

Niveau 1 - Figure a) suivante

L'installation est équipée d'un filtre de 40 ou 5 µm, ainsi que d'un régulateur. Les différentes charges en présence dans les parties travail et commande de l'installation pneumatique obligent à faire une distinction entre l'air comprimé lubrifié et l'air comprimé non lubrifié.

Pour des déplacements de vérins rapides et une durée de vie prolongée, il est conseillé d'utiliser de l'air comprimé lubrifié dans la partie travail, alors que la partie commande peut généralement se contenter d'un air comprimé non lubrifié.

Les composants de la partie commande sont lubrifiés à vie (auto-lubrifiés) et peuvent fonctionner pendant très longtemps sans lubrificateur (jusqu'à 20 à 30 millions de manœuvres).

Méthodes de distribution :

Niveau 2 - Figure b) ci-dessus

La distinction entre un air comprimé lubrifié ou non lubrifié s'avère également conseillée lorsque les parties commande et travail fonctionnent à des pressions différentes. Alors que la partie travail est normalement soumise à une pression de 6 bar, une pression de commande de 3 à 4 bar sera largement suffisante.

Cette relativement basse pression ne présente aucun inconvénient au niveau du fonctionnement et offre par contre les avantages suivants :

- économie d'énergie ;

- temps d'échappement raccourcis ;

- moindre charge sur les composants de commande, d'où une durée de vie prolongée.

Niveau 3 - Figure c) ci-dessus

L'alimentation en air comprimé est à nouveau séparée en deux parties en aval de l'unité filtre régulateur les deux parties fonctionnant avec de l'air comprimé non lubrifié.

La partie travail fonctionne à une pression normale de 6 bar et la partie commande à seulement 3 à 4 bar.

Dans tous les cas, il conviendra de différencier convenablement :

  • les valeurs de pression,
  • la porosité des filtres,
  • les besoins en huile et en séparation d'huile, de façon à alimenter chacun des composants de l'installation de la manière qui lui convient.

En effet, il a déjà été vérifié à plus d'une occasion et de façon absolument claire, qu'une durée de vie optimale des éléments pneumatiques ne peut être obtenue qu'avec un air comprimé de bonne qualité.

Les différents niveaux présentés ci-dessous donnent une indication pratique pour une utilisation conforme et ciblée des différents éléments de conditionnement de l'air comprimé en fonction du cahier des charges. La figure 2.18 vous présente les schémas d'installations, les paramètres et les conditions exigées par chaque partie.

Niveau 4

Un filtre de 40 ou 5 µm est capable de filtrer des poussières de métal ou de ciment, ainsi que des gouttelettes d'huile mais pas l'air chargé d'huile des compresseurs.

Que ces huiles oxydées et carbonisées se mélangent à l'huile du lubrificateur et c'est toute l'huile propre qui est polluée, entraînant la formation de conglomérats de graisse collants sur les composants. A la longue, ces dépôts finissent par provoquer des incidents sur les parties travail et commande. L'installation d'un filtre ultra-fin (sub-micronique) en aval du filtre primaire permet d'éviter ce problème tout en augmentant la durée de vie des éléments de commande. La figure suivante vous présente le schéma de l'installation.

Schéma d'installation avec filtre ultra-fin :

Niveau 5 - Fonctionnement optimal

La figure ci-dessous montre une installation à même de garantir une durée de vie optimale des composants à l'état actuel de la technique. Afin de réduire autant que possible les rejets d'air comprimé dans l'atmosphère, il convient d'étudier au cas par cas s'il est bien nécessaire de monter un lubrificateur.

Schéma d'installation garantissant une durée de vie optimale des composants :

  • Filtre primaire (1F) : filtre de porosité 5 µm et purge automatique du condensat.
  • Détendeur (1R) : le débit doit être réglé en fonction du volume d'air nécessaire.
  • Filtre ultra-fin (2F) : cartouche filtrante de 0,01 µm, pour la filtration de très fines particules de poussières et d'un air chargé en huile. Un manomètre différentiel (1G) permet de contrôler la pression.
  • Vanne manuelle (1Q) : elle sert de vanne d'isolement principale pour toute l'installation. La vanne manuelle doit en principe toujours être montée en aval de l'unité filtre détendeur, afin d'éviter qu'elle ne soit alimentée sous trop haute pression et avec de l'air comprimé non filtré, ce qui pourrait nuire à sa longévité.
  • Répartiteur : le répartiteur permet d'assurer une alimentation en air comprimé séparé entre les parties travail et commande.
  • Partie commande : un abaissement de la pression de fonctionnement à trois ou quatre bars (2R) entraîne souvent une réduction des durées de commutation et de la charge sur les organes et permet de réaliser des économies d'énergie.
  • Partie travail : une alimentation bien dosée en air comprimé lubrifié (1L) permet d'augmenter la durée de vie des composants de la partie travail. Afin d'éviter que de l'huile soit entraînée du lubrificateur via la vanne manuelle lors d'une purge, il est conseillé d'équiper la partie travail d'une soupape d'échappement rapide (1N).

En résumé sur l'identifiation et le fonctionnement des composants pneumatiques :

L'humidité détériore les composants pneumatiques et doit être éliminée.

- Les appareils permettant d'éliminer l'humidité dans l'air comprimé sont des sécheurs d'air; certains fonctionnent suivant le principe de réfrigération, et d'autres, selon le procédé d'adsorption à l'aide d'agent de dessiccation.

- Les conduits d'acier se dégradent partiellement lorsqu'ils entrent en contact avec l'humidité; il se forme alors de la rouille qui se détache et contamine le réseau de distribution.

- Les appareils fonctionnant à l'air comprimé peuvent être protégés en utilisant, à l'entrée de chaque appareil, une unité de conditionnement (ou traitement) d'air.

Le filtre (F) a pour fonction de d'éliminer les poussières et les particules d'impuretés qui circulent dans les conduits.

Le régulateur de pression ou réducteur de pression (R) fournit aux appareils la pression nécessaire à leur fonctionnement.

- Certains appareils ont besoin d'être lubrifiés pendant leur fonctionnement ; on monte alors un lubrificateur (L) à l'entrée de ceux-ci.

Cette étude, vous a présenté les composants qui assurent le conditionnement de l'air comprimé. Une étude traite des actionneurs dans un système pneumatique.

En résumé sur l'identification et le fonctionnement des composants pneumatiques

Après cette étude, vous devriez avoir retenu plus particulièrement les points suivants :

le réseau de distribution d'air comprimé entre le compresseur et le point d'utilisation est un élément très important ;

une ceinture de distribution devra faire le tour de l'établissement ou de l'entreprise afin de donner une distribution uniforme ;

les prises d'air seront situées au sommet de la canalisation afin d'éviter l'entraînement d'eau dans les outils ;

- toutes les canalisations seront disposées en pente descendante, vers une tuyauterie de purge.

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