Tuyaux d'air et de gaz - Leur fonctionnement

Tuyaux d'air et de gaz - Comment ils fonctionnent

Tuyau d'air et de gaz en NBR

Figure 1 : Tuyau d'air et de gaz en NBR

Les tuyaux d'air et de gaz sont conçus pour transférer l'air et les gaz comprimés d'un point à un autre dans des applications industrielles, médicales, de construction et agricoles. Ces tuyaux sont généralement constitués de matériaux tels que le NBR (caoutchouc nitrile), le PVC (chlorure de polyvinyle), l'EPDM (éthylène-propylène-diène-monomère), le PTFE (polytétrafluoroéthylène), la silicone, etc. En général, une tresse en acier inoxydable ou en tissu de polyester est utilisée comme renfort dans ces tuyaux pour assurer la sécurité et la longévité. Ils doivent également être conformes à diverses normes ISO, européennes et américaines en matière de sécurité de l'air et du gaz. La figure 1 est un exemple de tuyau pour air et gaz avec une couche interne et externe en NBR.

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Les tuyaux d'air et de gaz peuvent généralement être différenciés en tuyaux à basse pression et tuyaux à haute pression. Les tuyaux basse pression sont utilisés pour les gaz tels que l'acétylène, l'oxygène, le mélange butane/propane, le gaz naturel, le gaz neutre, etc. Les tuyaux haute pression sont utilisés pour des pressions supérieures à 140 bars et à des fins telles que le remplissage et la vidange de bouteilles de gaz.

Table des matières

Type de média

Comme leur nom l'indique, les tuyaux d'air et de gaz sont utilisés pour la manipulation de fluides gazeux tels que l'air comprimé, le propane et l'acétylène, etc. Il est important de connaître et de comprendre votre type de média pour choisir le matériau et les spécifications de votre tuyau afin d'en assurer le bon fonctionnement.

Air

Les tuyaux d'air sont utilisés pour transporter l'air comprimé dans les systèmes pneumatiques. Ces tuyaux d'air doivent être très résistants pour supporter des pressions élevées afin d'éviter les fuites et les dommages. En outre, des lubrifiants à base d'huile sont parfois ajoutés à l'air comprimé pour assurer le bon fonctionnement de l'équipement. Par conséquent, ces tuyaux d'air doivent également être résistants à l'huile. Pour supporter la haute pression et les lubrifiants à base d'huile, le caoutchouc est le matériau le plus couramment utilisé pour les tuyaux d'air.

Cependant, dans les grands compresseurs, les molécules d'air entrent fréquemment en collision les unes avec les autres, ce qui génère de la chaleur. Une chaleur excessive peut dégrader les tuyaux en caoutchouc, ce qui réduit leur durée de vie et pose des problèmes de sécurité. Par conséquent, pour les applications à haute température, un tuyau métallique ondulé doit être utilisé. Ces tuyaux en métal ondulé dissipent rapidement l'excès de chaleur et contribuent à refroidir le média.

Gas

Dans les installations industrielles, les gaz transportés peuvent être toxiques et/ou inflammables. Ces applications doivent accorder une attention particulière à la sélection du bon type de tuyau et de ses raccords. Les tuyaux de gaz doivent être étanches et résistants à la rupture. Une mauvaise appréciation des matériaux des tuyaux, de la pression requise et des raccords peut entraîner une défaillance des tuyaux, ce qui peut être très dangereux dans de telles installations.

Matériaux

Il existe une grande variété de matériaux disponibles lors du choix d'un tuyau d'air et/ou de gaz adapté à votre application. Certains des matériaux les plus couramment utilisés pour les tuyaux sont présentés ci-dessous :

Tuyau en caoutchouc

Le caoutchouc est le matériau le plus couramment utilisé et constitue un choix peu coûteux (par rapport aux autres matériaux) pour les tuyaux d'air et de gaz. Ces tuyaux sont solides, flexibles, durables et peuvent supporter différentes variations de chaleur et de température. Les composés de caoutchouc comme l'EPDM et le NBR constituent également un excellent choix pour les tuyaux d'air et de gaz. Le caoutchouc EPDM offre une grande résistance à la chaleur, à la température et à l'ozone. De même, le NBR est résistant à l'huile et aux produits chimiques. Cependant, le caoutchouc ne peut pas offrir une perméabilité nulle et ne peut pas être utilisé pour des applications qui exigent une grande pureté. Un gaz de haute pureté contient une faible quantité d'autres gaz, ce qui en fait un gaz de meilleure qualité. Les matériaux perméables peuvent compromettre la qualité de ces gaz en absorbant des contaminants.

Tuyau en PVC

Le PVC est un matériau largement utilisé pour les applications générales de tuyaux à air et à gaz. Les tuyaux en PVC sont peu coûteux, durables et légers. Ils sont légers et donc pratiques à utiliser en extérieur ou à grande hauteur. Cependant, les tuyaux en PVC ne sont pas recommandés pour les températures froides, car ils ont tendance à se courber ou à se fissurer à ces températures.

Tuyau en PTFE

Les tuyaux en PTFE (polytétrafluoroéthylène) conviennent aux applications industrielles à haute pression. Ils sont durables, flexibles et économiques. Pour les applications nécessitant une grande pureté, le PTFE peut être soumis à un processus de "post-frittage". Au cours de ce processus, le PTFE est à nouveau traité à température et pression contrôlées. Cela permet d'augmenter le nombre de liaisons moléculaires, d'accroître la résistance ainsi que l'épaisseur de la paroi du tuyau, ce qui réduit la diffusion. On parle de diffusion lorsque les molécules de gaz peuvent facilement s'échapper à travers les pores du tuyau en raison de leur poids moléculaire plus faible.

Tuyau ondulé tout métal

Les tuyaux ondulés tout métal sont généralement utilisés avec des gaz comme l'hydrogène et l'hélium. Ces gaz possèdent un risque de diffusion. Tous les tuyaux métalliques ondulés ont un noyau interne métallique ondulé. Ils ont une perméabilité nulle, ils ne sont donc pas exposés à la diffusion gazeuse. Cependant, ils sont coûteux par rapport aux autres tuyaux et sont beaucoup moins flexibles.

Tuyau en silicone

Tuyau en silicone

Figure 2 : Tuyau en silicone

Les tuyaux en silicone sont connus pour leur flexibilité et leur résistance. Ils peuvent fonctionner dans une large gamme de températures, ce qui les rend idéaux pour les applications de chauffage, de refroidissement et d'air chargé. La figure 2 est un exemple de tuyau en silicone.

Exigences relatives aux tuyaux

Les différents matériaux de tuyaux présentent leurs propres propriétés, il est donc important de comprendre les propriétés du matériau pour votre application et votre média. Les exigences suivantes sont essentielles pour un fonctionnement sûr de ces tuyaux d'air et de gaz dans diverses conditions.

Diffusion de gaz

En général, les matériaux des tuyaux comme le caoutchouc et le PTFE sont perméables dans une certaine mesure. Cela signifie que les molécules de gaz peuvent entrer ou sortir par les pores du tuyau. Lorsque les molécules de gaz s'échappent par les pores, il en résulte une chute de pression qui entraîne une consommation d'énergie excessive et de mauvaises performances du système. Cette diffusion de gaz vers l'extérieur est particulièrement dangereuse lorsque des gaz inflammables font partie de l'application. De même, d'autres gaz peuvent également pénétrer dans les tuyaux et entraîner une contamination. Un tuyau métallique entièrement ondulé est généralement recommandé pour éliminer le risque de diffusion de gaz. Les tuyaux en PTFE post-fritté sont également une excellente alternative aux tuyaux en métal.

Stabilité chimique

Les tuyaux d'air et de gaz peuvent être exposés à différents types de gaz. Le matériau du tuyau doit être capable de résister aux propriétés du produit chimique. Par conséquent, il est nécessaire de sélectionner le matériau du tuyau directement à partir des exigences de votre application, car un matériau de tuyau peut fonctionner pour certains médias et pas pour d'autres.

Stabilité environnementale

Les matériaux des tuyaux comme le caoutchouc et le PVC ne résistent pas aux facteurs environnementaux comme les rayons UV et les conditions climatiques extrêmes. L'environnement externe doit être pris en compte lors du choix du tuyau pour votre application. L'EPDM, le silicone, l'ETFE et le PTFE sont de meilleures options lorsqu'il s'agit d'applications sujettes aux rayons UV et aux températures extrêmes.

Exemples de l'industrie

Les tuyaux d'air et de gaz sont utilisés dans une grande variété d'applications industrielles. Les plongeurs sous-marins utilisent ces tuyaux reliés à une bouteille d'oxygène pour respirer. Les laboratoires et les industries utilisent également ces tuyaux pour transporter différents types de gaz ou pour des applications comme la soudure. Certaines des applications les plus courantes sont présentées ci-dessous :

Soudage

Lestuyaux à gaz sont utilisés pour diverses applications de soudage comme l'assemblage, le brasage, le découpage, la fabrication, le préchauffage, le post-chauffage, le brasage, etc. Les tuyaux en caoutchouc sont généralement utilisés pour leur résistance et leur flexibilité. Les gaz utilisés pour les applications de soudage comprennent généralement l'acétylène, l'hydrogène, l'hélium, le gaz naturel, le propane, le propylène, l'oxygène, etc.

Air respirable

Tuyau d'air respirable

Figure 3 : Tuyau d'air respirable

Les tuyaux d'air sont utilisés dans des applications médicales et récréatives pour fournir de l'air respirable. Un tuyau en caoutchouc standard ne peut pas être utilisé pour cette application car des hydrocarbures toxiques peuvent pénétrer dans le système respiratoire. En général, un polymère de qualité alimentaire est utilisé pour éviter ces risques potentiels pour la santé. La figure 3 est un exemple de tuyau d'air respirable.

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Composants supplémentaires du tuyau

Le choix des composants supplémentaires pour les tuyaux doit être aussi important que le choix du tuyau. Les spécifications telles que la pression du tuyau, le type de matériau, le diamètre du tuyau, etc. jouent un rôle important dans la sélection de ces composants supplémentaires pour la prévention des accidents.

Enrouleurs de tuyau

Enrouleur automatique de tuyau pour air comprimé

Figure 4 : Enrouleur automatique de tuyau pour air comprimé

Les enrouleurs de tuyaux sont conçus pour assurer la protection des tuyaux. Les enrouleurs de tuyau modernes sont rétractables et assurent une protection complète du tuyau. Ces enrouleurs permettent également d'éliminer les tuyaux libres non enroulés dans l'atelier et réduisent le risque d'endommagement accidentel du tuyau.

Jauge de pression

Un manomètre d'air ou un manomètre de gaz permet à l'utilisateur de connaître la pression du système. Ceci est important pour s'assurer que la pression ne dépasse pas les exigences de l'application ou d'autres spécifications du produit.

Raccords de tuyaux

Les raccords pour les tuyaux d'air et de gaz doivent pouvoir résister à la pression nécessaire au bon fonctionnement et à la sécurité de l'application. En général, le laiton, l'acier inoxydable de type 304/316 ou l'acier zingué sont utilisés comme matériau pour les raccords. Le matériau des raccords doit être résistant à l'effet corrosif du gaz. La figure 5 est un exemple de raccord de connexion de tuyau en laiton.

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Raccord de connexion de tuyau

Figure 5 : Raccord de connexion de tuyau

Normes

Les tuyaux d'air et de gaz doivent être conformes aux normes de l'UE, de l'ISO, de la FDA et à d'autres normes nationales et internationales, compte tenu de leur grande variété d'utilisation, de l'industrie au secteur médical. Examinez vos normes locales pour vous assurer de leur conformité. Vous trouverez ci-dessous un bref aperçu des normes communes :

  • Lanorme EN 1762:2018 décrit les exigences relatives aux tuyaux en caoutchouc et à leurs assemblages destinés à être utilisés avec du gaz de pétrole liquéfié (GPL) à l'état liquide ou gazeux et pour le transfert de gaz naturel.
  • L'ISO 2398:2016 fournit la spécification du tuyau en caoutchouc renforcé de textile pour l'air comprimé.
  • Lanorme ISO 3821:2019 spécifie les exigences relatives aux tuyaux en caoutchouc utilisés pour les processus de soudage, de coupage et de brasage.
  • La conformité à la norme29 CFR 1910.134 de l'OSHA met l'accent sur la protection respiratoire. Il énumère les tuyaux d'air sûrs pour la respiration approuvés par le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
  • EN 559 : 2003 norme fournit des spécifications pour les tuyaux en caoutchouc pour le soudage et le coupage.
  • Lanorme EN 14593-1:2018 donne un aperçu des normes relatives aux appareils respiratoires à adduction d'air comprimé.

FAQ

Qu'est-ce qu'un tuyau d'air ?

Un tuyau de compresseur d'air est conçu pour transporter l'air comprimé d'un point à un autre. Ils sont utilisés dans un large éventail d'applications allant du remplissage des pneus à l'approvisionnement en air respirable à des fins médicales ou récréatives. Ils sont généralement fabriqués en caoutchouc, PVC, silicone, EPDM ou métal.

La longueur d'un tuyau d'air affecte-t-elle la pression ?

Oui, en raison de la turbulence créée à l'intérieur du tuyau, qui est caractérisée par le nombre de Reynolds. Plus les turbulences sont importantes, plus la perte de pression est élevée. Pour minimiser la perte de pression, le coefficient de friction du tuyau interne peut être optimisé et sa longueur réduite.

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