Matériaux des vannes pneumatiques

Les vannes pneumatiques contrôlent le débit, la pression et le sens d'écoulement de l'air et des gaz comprimés dans les industries. Ces vannes contrôlent l'air ou le gaz à la source et régulent son mouvement dans des tuyaux, des tubes ou des dispositifs selon les besoins dans un système pneumatique automatisé. Les vannes pneumatiques sont généralement disponibles dans différents matériaux de boîtier tels que l'acier inoxydable, le laiton, l'aluminium et les plastiques de qualité industrielle tels que le PVC, et ont des matériaux d'étanchéité tels que le NBR, le FKM et l'EPDM. Le choix du matériau approprié pour une vanne est crucial pour son fonctionnement. Cet article présente les différents types de matériaux utilisés dans les valves pneumatiques.

Table des matières

• Qu'est-ce qu'une vanne pneumatique ?
• Connaître les supports de traitement
• Matériaux des boîtiers de vannes pneumatiques
• Matériaux d'étanchéité des vannes pneumatiques
• Matériaux pour vannes pneumatiques spécifiques
• Spécifications des vannes pneumatiques

Qu'est-ce qu'une vanne pneumatique ?

La pneumatique est la technologie qui utilise le gaz ou l'air sous pression. Un système pneumatique utilise un compresseur pour réduire le volume d'air et augmenter sa pression. L'air (ou le gaz) est filtré et acheminé par des tuyaux, des tubes ou des conduites pneumatiques. Au cours de ce transit, l'air est contrôlé par des soupapes, puis il atteint un actionneur tel qu'un cylindre ou un dispositif qui remplit une fonction, par exemple le déplacement, le levage ou la préhension.

Une valve pneumatique contrôle la pression, le débit et la direction de l'air et des gaz. En fonction de ces applications, une vanne pneumatique est classée dans les catégories suivantes :

• Soupapes de sûreté pneumatiques : Les soupapes de sûreté maintiennent la pression du système en dessous d'une valeur maximale prédéfinie.
• Vannes de régulation de débit pneumatiques : Les régulateurs de débit sont utilisés dans les systèmes pneumatiques pour réguler le débit d'un fluide (liquide ou gaz). Les vannes de contrôle de débit peuvent généralement être unidirectionnelles ou bidirectionnelles.
• Valves de contrôle directionnel pneumatiques : Les vannes de contrôle directionnel comme les électrovannes sont utilisées pour démarrer, arrêter ou diriger le flux d'air dans un système pneumatique. En dirigeant le flux d'air, ces vannes contrôlent l'action d'autres dispositifs pneumatiques tels que les moteurs, les cylindres, les pompes ou d'autres vannes.

Connaître les supports de traitement

Les vannes pneumatiques ont deux contextes d'utilisation distincts en général :

1. Une vanne pneumatique est un dispositif utilisé pour contrôler le flux d'air ou d'autres gaz dans un système pneumatique. La vanne peut être actionnée manuellement, électriquement par un solénoïde, motorisée ou pneumatiquement. Dans ce cas, le fluide contrôlé est de l'air ou du gaz, et les matériaux choisis pour le corps de la vanne et le joint doivent donc être compatibles avec ces fluides. Les options possibles sont l'aluminium, l'acier inoxydable, le laiton et les plastiques de qualité industrielle.
2. L'air peut être utilisé comme mécanisme de contrôle de la vanne, mais dans ce cas, le fluide qui traverse la vanne peut être autre chose que de l'air, comme de l'huile, de l'eau ou d'autres fluides. Dans ce cas, il est nécessaire de vérifier la conformité du matériau du boîtier de la vanne par rapport aux différents fluides. Lisez notre article sur la résistance chimique des matériaux pour vérifier la compatibilité des différents matériaux des boîtiers et des joints avec le milieu et l'environnement utilisés.

Entraînement de fluides pneumatiques ou de gaz

Le fluide pneumatique ou le gaz (comme un gaz inerte ou de l'air CDA) utilisé dans un processus de contrôle d'automatisation est fortement conditionné, séché et filtré. Par conséquent, la conception de la vanne n'a pas besoin de prendre en compte la nature agressive du fluide ou de tenir compte du niveau de pureté élevé du fluide. Des plastiques de qualité industrielle (comme le PVC) peuvent être utilisés pour ces milieux hautement conditionnés.

Fluides de processus

Les vannes pneumatiques pour fluides de process traitent des fluides très acides, corrosifs, alcalins ou de grande pureté. Il est donc impératif de choisir des matériaux de construction adaptés à la protection du fluide et de la vanne. L'acier inoxydable est une excellente option pour le boîtier de la vanne pour les fluides agressifs et corrosifs. Pour les fluides neutres et non corrosifs, le laiton est couramment utilisé comme matériau de boîtier.

Matériaux des boîtiers de vannes pneumatiques

Choisissez toujours le matériau du boîtier adapté au milieu et à l'environnement de travail. Les boîtiers des vannes pneumatiques pour le contrôle de l'automatisation sont généralement fabriqués à partir d'un mélange de différents matériaux décrits ci-dessous :

Plastiques de qualité industrielle (comme le PVC et le nylon)

Les valves en plastique sont légères, durables et rentables. Ce matériau convient aux applications pneumatiques impliquant de l'air et des produits chimiques corrosifs. Mais les valves en plastique ont une pression et une température nominales faibles par rapport aux valves en laiton et en acier inoxydable.

Laiton

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc, et c'est un excellent matériau forgeable et robuste. Le laiton est utilisé dans les applications pneumatiques impliquant des gaz non corrosifs. Ce matériau peut résister à une plus grande chaleur que le PVC, mais son prix est plus élevé. Le laiton peut être facilement soudé et il est plus polyvalent que l'acier inoxydable. Le laiton est couramment utilisé pour la construction de corps de vannes pneumatiques et d'embouts.

Acier inoxydable (304/316)

L'acier inoxydable est un matériau très durable et résistant, mais il est plus cher que le laiton. Les vannes en acier inoxydable résistent efficacement aux fuites et peuvent être utilisées à des températures très élevées par rapport au laiton. L'acier inoxydable est résistant à la corrosion et dure beaucoup plus longtemps que le laiton. C'est un choix idéal pour les applications pneumatiques à haute température et à haute pression. L'acier inoxydable est couramment utilisé dans les corps de vannes pneumatiques et les matériaux de garniture tels que les sièges, les disques et les coins.

Aluminum

L'aluminium est un métal léger qui représente environ un tiers du poids de l'acier. L'aluminium est résistant à la corrosion des gaz atmosphériques et convient donc aux applications de vannes pneumatiques. Le matériau est principalement utilisé pour construire les composants extérieurs de la vanne pneumatique, comme les étiquettes d'identification ou les manivelles.

Tableau comparatif des matériaux utilisés pour les boîtiers de vannes pneumatiques

	PVC	Laiton	Acier inoxydable	Aluminum
Coût	Faible	Haut	Très élevé	Haut
Durabilité	Moyenne	Haut	Très élevé	Haut
Résistance à la corrosion	Haut	Moyenne	Très élevé	Faible moyenne
Température et pression de fonctionnement	Faible	Haut	Très élevé	Haut
poids	Lumière	Lourd	Lourd	Lumière

Tableau 1 : Comparaison de différents matériaux pour les boîtiers de vannes pneumatiques

Matériaux d'étanchéité des vannes pneumatiques

Les joints des vannes pneumatiques permettent d'éviter que des gaz volatils et dangereux ne s'échappent dans l'atmosphère. Les différents types de matériaux d'étanchéité utilisés dans les vannes pneumatiques sont les suivants :

NBR (caoutchouc nitrile-butadiène)

Le NBR présente une bonne résistance à la compression et à l'usure générale, mais il est très sensible aux changements climatiques. Le NBR convient à l'air et aux gaz inertes mais résiste mal à l'ozone, à l'ammoniac et à la vapeur. Les joints NBR ne peuvent assurer une étanchéité continue pour les fluides gazeux qu'à des températures basses par rapport aux propriétés d'étanchéité du FKM.

FKM (Viton)

Le FKM est généralement utilisé pour fabriquer des joints toriques, des joints d'étanchéité et des joints pour les vannes pneumatiques. Les joints FKM ont une excellente résistance aux fluides, au vieillissement et à l'ozone. Le FKM convient aux applications pneumatiques à moyenne et haute température et présente une résistance thermique supérieure à celle du PTFE. En outre, le FKM présente une résistance, des capacités d'étanchéité et une flexibilité supérieures à celles du PTFE. Le matériau présente une excellente résistance chimique globale, ce qui le rend adapté aux combustibles gazeux, et il présente une meilleure résistance chimique universelle par rapport au NBR.

PTFE (Téflon)

Le PTFE convient aux applications pneumatiques à haute température et à haute pression. Le matériau n'est pas élastique et présente une bonne résistance à l'usure, à l'abrasion et à la plupart des produits chimiques. Le PTFE offre une meilleure résistance aux produits chimiques gazeux que le FKM.

Matériaux pour vannes pneumatiques spécifiques

Vannes de contrôle directionnel

Les valves de contrôle directionnel sont utilisées dans les systèmes pneumatiques pour arrêter ou diriger le flux d'air ou d'huile comprimé vers les appareils qui y sont raccordés. Cependant, il n'est pas recommandé d'utiliser ces vannes pour des fluides autres que l'air dans la plupart des applications. De nombreuses électrovannes pneumatiques sont pilotées en interne, et ces vannes évacuent une quantité minimale d'air nécessaire pour actionner la vanne. Une petite perte d'air dans l'environnement est acceptable dans la plupart des applications, mais pas dans le cas de l'huile, de l'eau ou d'autres types de fluides. Voici quelques exemples de matériaux compatibles avec le milieu et l'environnement :

• Corps de vanne : Aluminium, plastique, laiton, acier inoxydable
• Sceau : NBR, FKM, EPDM

Vannes de régulation de débit

Les régulateurs de débit pneumatiques sont utilisés pour contrôler le débit d'un fluide tel qu'un liquide ou un gaz. Ces vannes se composent d'une partie actionneur pneumatique et d'une partie vanne comme une vanne à bille ou une vanne papillon. L'actionneur est monté sur la vanne à l'aide d'une bride standard, ce qui permet de remplacer à la fois l'actionneur et la vanne par une autre utilisant la même taille de bride. Il faut toujours choisir les matériaux du boîtier de la vanne et des joints pour qu'ils soient compatibles avec le fluide utilisé. Quelques options sont possibles :

• Corps de vanne : Fonte, Acier inoxydable
• Sceau : EPDM

Vannes de régulation de pression

Les vannes de régulation de pression réduisent la pression de l'air entrant à une valeur définie au niveau de l'orifice de sortie. Le laiton est un choix viable pour le corps de la vanne, avec un revêtement de surface en nickel pour une protection accrue.

Le matériau choisi pour les câbles de connexion et les fiches utilisées pour transmettre le fluide vers et depuis les vannes doit être compatible avec le fluide choisi. Exemple :

• Corps de vanne : Polyuréthane (pour les milieux tels que l'air, le dioxyde de carbone, l'azote, les carburants et les huiles)
• Sceau : EPDM

Spécifications des vannes pneumatiques

Connaître les matériaux des vannes n'est qu'une partie de la sélection d'une vanne pneumatique. D'autres facteurs à prendre en compte sont abordés ci-dessous".

1. Support d'exploitation : Les types de fluides que la valve pneumatique peut contrôler efficacement (l'air comprimé dans la plupart des cas)
2. Capacité d'écoulement (Cv) : Cv donne une mesure de la capacité de la valve à faire passer de l'air.
3. Pression de fonctionnement : La plage de pression (en Pa, bars ou psi) pour laquelle la soupape est conçue.
4. Taille du port : Les paramètres dimensionnels physiques qui définissent les dimensions de l'orifice sur la vanne et le style de filetage.
5. Tension nominale de la bobine : Pour les vannes à commande électrique, la tension nominale requise peut être indiquée en volts CA ou CC.
6. Temps de réponse : Le temps nécessaire à la vanne pour changer d'état ou de position une fois qu'elle est actionnée.

Note : Les paramètres mentionnés ne sont donnés qu'à titre indicatif et les fournisseurs et fabricants de soupapes peuvent spécifier leurs soupapes différemment.