M24 Analyse circuit pneum أ©lectropneumatiq-GE-EMI

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 - - -




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




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




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




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




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.




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.




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.




Module 24 : ANALYSE DE CIRCUITS PNEUMATIQUES,

ELECTROPNEUMATIQUES, HYDRAULIQUES ET

ELECTROHYDRAULIQUES

RESUME THEORIQUE




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:




- 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.




- 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 ;




- 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 ;




- 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)




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




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




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




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




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)




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.




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.




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.




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.




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.




- 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




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




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




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




Fig. 2-5




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




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.




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).




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.




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).




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.




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




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.




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




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




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,




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.




On peut trouver sur la fig. 2-14 les symboles des lments de production et de

distribution dnergie.

Fig. 2-14




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




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.




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 :




- 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.




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.




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 .




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




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.




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




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




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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