Matériaux des vannes pneumatiques

Matériaux des vannes pneumatiques

Electrovanne pneumatique

Figure 1 : Electrovanne pneumatique

Les vannes pneumatiques contrôlent le débit, la pression et la direction du flux d'air et de gaz comprimés dans les industries. Ces vannes contrôlent l'air ou le gaz à la source et régulent son mouvement dans les tuyaux, les tubes ou les 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 comme le PVC, et sont dotées de 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 traite des différents types de matériaux utilisés dans les vannes pneumatiques.

Table des matières

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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 passe dans des tuyaux, des tubes ou des conduites pneumatiques. Pendant ce transit, l'air est contrôlé par des vannes, après quoi il atteint un actionneur comme un cylindre ou un dispositif qui remplit une fonction, par exemple, le déplacement, le levage ou la préhension.

Une vanne 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 décharge pneumatique : Lessoupapes de sûreté maintiennentla pression du système en dessous d'une valeur maximale prédéfinie.
  • Vannes de contrôle du débit pneumatique : Lesvannes de régulation de débit sont utilisées dans les systèmes pneumatiques pour réguler le débit d'un fluide (liquide ou gaz). Les vannes de contrôle du débit peuvent être typiquement unidirectionnelles ou bidirectionnelles.
  • Valves pneumatiques de contrôle directionnel : Lesvannes 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 comme les moteurs, les cylindres, les pompes ou d'autres vannes.

Connaître le support de votre processus

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 conformes à 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 circulant à travers la vanne peut être autre chose que de l'air, comme de l'huile, de l'eau ou d'autres fluides. Il est ici nécessaire de vérifier la conformité du matériau du boîtier de la vanne par rapport aux différents milieux. 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 média ou le gaz pneumatique (comme un gaz inerte ou de l'air CDA) utilisé dans un processus de contrôle d'automatisation est hautement 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. Les plastiques de qualité industrielle (comme le PVC) peuvent être utilisés pour ces milieux hautement conditionnés.

Fluides de traitement

Les vannes pneumatiques pour fluides de traitement traitent des fluides hautement acides, corrosifs, alcalins ou de haute 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 matériau du boîtier de la vanne pour les milieux agressifs et corrosifs. Pour les milieux neutres et non corrosifs, le laiton est généralement utilisé comme matériau de boîtier.

Matériaux du boîtier de la vanne pneumatique

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 avec un mélange de différents matériaux présentés ci-dessous :

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

Les valves en plastique sont légères, durables et rentables. Le matériau convient aux applications pneumatiques impliquant de l'air et des produits chimiques corrosifs. Mais les vannes en plastique ont une faible pression et une faible température nominale par rapport aux vannes 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 construire des corps de vannes pneumatiques et des pièces d'extrémité.

Acier inoxydable (304/316)

L'acier inoxydable est un matériau très durable et résistant, mais il est plus cher que le laiton. Les vannes fabriquées en acier inoxydable résistent efficacement aux fuites, et ces vannes peuvent fonctionner à des températures très élevées par rapport au laiton. L'acier inoxydable résiste 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 comme les sièges, les disques et les coins.

Aluminum

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

Tableau de comparaison des matériaux des 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 la fuite de gaz volatils et dangereux 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 en NBR ne peuvent assurer une étanchéité continue pour les fluides gazeux qu'à basse température, 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 médias, 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 approprié pour les combustibles gazeux, et le matériau présente une meilleure résistance chimique de manière universelle par rapport au NBR.

PTFE (Téflon)

Le PTFE convient aux applications pneumatiques à haute température et à haute pression. Le matériau est non élastique et présente une bonne résistance à l'usure, à l'abrasion et à la plupart des produits chimiques. Le PTFE offre une résistance supérieure aux produits chimiques gazeux par rapport au FKM.

Matériaux pour vannes pneumatiques spécifiques

Vannes de contrôle directionnel

Les vannes 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 médias. Voici quelques exemples de matériaux pour ces valves qui sont compatibles avec le média et l'environnement :

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

Vannes de contrôle du débit

Les vannes de régulation de débit pneumatique sont utilisées 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. Choisissez toujours le boîtier de la vanne et les matériaux 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 contrôle de la pression

Les vannes de régulation de la 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 matériau du corps de la vanne, avec un revêtement de surface en nickel pour une protection supplémentaire.

Le matériau choisi pour les câbles de connexion et les fiches utilisés 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

La connaissance des matériaux de la vanne n'est qu'une partie du choix d'une vanne pneumatique. D'autres facteurs à prendre en compte sont présentés ci-dessous."

  1. Moyen d'exploitation : Les types de fluides que la vanne pneumatique peut contrôler efficacement (air comprimé dans la plupart des cas).
  2. Capacité d'écoulement (Cv) : Cv donne une mesure de la capacité de la vanne à faire passer l'air à travers elle
  3. Pression de fonctionnement : La plage de pression (en Pa, bars ou psi) que la vanne est censée supporter.
  4. Taille du port : Les paramètres dimensionnels physiques qui définissent les tailles des orifices 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 actionnée.

Note : Les paramètres discutés ne sont donnés qu'à titre indicatif, et les fournisseurs et fabricants de vannes individuels peuvent spécifier leurs vannes différemment.

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