Comment la viscosité du fluide affecte la performance de l'électrovanne

Figure 1 : Electrovanne coaxiale adaptée aux fluides très visqueux

La viscosité influe sur plusieurs paramètres de processus dans les systèmes industriels. Il est essentiel de comprendre l'influence de la viscosité du fluide sur ces paramètres pour optimiser les performances du système et assurer la longévité de l'équipement. Cet article explore le rôle de la viscosité des fluides dans les profils d'écoulement des fluides d'une électrovanne et donne des conseils pour manipuler les fluides visqueux.

Pourquoi déterminer la viscosité d'un fluide ?

La viscosité est une mesure de la résistance interne d'un fluide à l'écoulement. Elle affecte plusieurs aspects de la performance de la vanne, tels que la perte de charge, la réponse de la vanne aux actions de l'actionneur, les taux d'usure et l'efficacité de la pompe. L'effet de la viscosité sur les différents paramètres du processus dans une électrovanne est discuté ci-dessous :

Nombre de Reynolds : La viscosité détermine le régime d'écoulement, qu'il soit laminaire ou turbulent. Le nombre de Reynolds (un paramètre décrivant le régime d'écoulement) repose sur la viscosité du fluide pour le calcul, ce qui influence les caractéristiques de performance des électrovannes.
- Lorsque la viscosité du fluide de service augmente, le nombre de Reynolds diminue, et inversement.
- Les fluides à faible viscosité s'écoulent facilement à travers les vannes, ce qui minimise les effets d'érosion et de cavitation. Par ailleurs, les fluides très visqueux se déplacent lentement, ont une efficacité mécanique plus faible et entraînent une érosion accrue dans les systèmes de tuyauterie (enlèvement progressif de la matière des parois des tuyaux, des raccords, des vannes et d'autres composants).
Chute de pression : La viscosité affecte la perte de charge à l'intérieur du corps de l'électrovanne. Les fluides très visqueux se déplaçant à grande vitesse entraînent une augmentation des pertes de charge. Pour maintenir une bonne résistance au frottement et contrôler la chute de pression, il est nécessaire de prendre en compte la viscosité du fluide lors de la détermination des tailles de vannes, des matériaux de construction et des styles de garniture appropriés. Les fluides très visqueux nécessitent souvent des vannes de contrôle spécialement conçues, différentes de celles utilisées pour les fluides à faible viscosité (voir plus loin).
Changements de température et de viscosité : Lorsque la température augmente, la viscosité des liquides diminue rapidement. La détermination des valeurs de viscosité sur la plage de température de fonctionnement est cruciale pour le réglage précis des électrovannes. L'indice de viscosité permet d'estimer les caractéristiques du fluide à différentes températures. Les électrovannes utilisées pour des fluides dont la viscosité varie en raison des fluctuations de température doivent offrir une étanchéité adéquate et des caractéristiques de performance constantes.

Électrovannes et fluides visqueux

Les électrovannes standard peuvent traiter des fluides d'une viscosité allant jusqu'à 40 ou 50 CST (Centistoke), y compris l'air, les huiles légères et l'eau. Au-delà de cette plage, le fonctionnement des électrovannes peut poser des problèmes en raison de leurs membranes minces et flexibles dotées d'orifices de pilotage, qui peuvent rapidement se bloquer. Les facteurs suivants doivent être pris en compte lors de la sélection d'une électrovanne pour fluides visqueux.

Matériaux : Le matériau de l'électrovanne doit résister aux contraintes des fluides à haute viscosité. Ces matériaux doivent également résister à la corrosion, en particulier si le milieu est acide ou contient d'autres substances corrosives. En fonction de l'application spécifique et du type de fluide, ces matériaux peuvent être de l'acier trempé, du laiton ou des plastiques de haute qualité. Consultez notre tableau de compatibilité chimique pour plus d'informations sur la compatibilité des différents matériaux avec les différents milieux.
Type de vanne : Les électrovannes à action directe sont souvent préférées pour les fluides très visqueux car elles ne nécessitent pas de différentiel de pression pour fonctionner. Contrairement aux vannes pilotées qui peuvent avoir des difficultés avec les fluides visqueux en raison des exigences en matière de pression.
Taille de l'orifice : L'orifice de l'électrovanne doit être suffisamment grand pour permettre au fluide visqueux de s'écouler librement.
Puissance de la bobine : La bobine de l'électrovanne doit avoir une puissance suffisante pour déplacer le fluide visqueux.
Joints : Les joints de l'électrovanne doivent être conçus pour résister à l'usure causée par le fluide visqueux. Ils doivent être fabriqués dans des matériaux tels que le PTFE et le NBR qui peuvent résister au fluide spécifique utilisé et à l'usure accrue causée par sa viscosité.
Fonctionnement de la vanne : Une électrovanne normalement fermée convient mieux aux applications à haute viscosité car elle reste fermée lorsqu'elle n'est pas alimentée, ce qui empêche le fluide visqueux de causer une usure inutile lorsqu'elle n'est pas utilisée.
Installation correcte : Une installation correcte a un impact sur les performances et la longévité des électrovannes dans les applications à haute viscosité. Installer la soupape de manière à faciliter l'accès pour l'entretien et l'inspection. En outre, il faut veiller à réduire les contraintes exercées sur les composants de la vanne, par exemple en évitant les coudes brusques dans la tuyauterie juste avant ou après la vanne.

Électrovannes coaxiales

Les électrovannes coaxiales (figure 1) sont spécialement conçues pour traiter les fluides visqueux et contaminés, même sous des pressions ou des températures élevées. Les orifices d'entrée et de sortie sont directement opposés, ce qui crée une trajectoire d'écoulement presque linéaire. La conception unique des vannes coaxiales les rend idéales pour relever les défis posés par les fluides visqueux. Les électrovannes coaxiales sont parfaites pour :

Applications nécessitant des débits élevés et une faible perte de pression
Milieux très visqueux (plus de 50 CST)
Fluide abrasif, agressif ou légèrement contaminé
Contre-pression très élevée (jusqu'à 400 bars) ou fluctuations de pression
Temps de réponse rapide
Vide jusqu'à ^10-4 mbar
Un système avec une pression différentielle nulle

Autres considérations

Plage de viscosité : Déterminer la plage de viscosité du fluide et s'assurer que l'électrovanne est adaptée à cette plage. Consulter les spécifications et les directives du fabricant de la vanne.
Temps de réponse: Tenez compte du temps de réponse souhaité pour l'application. Il convient de noter que les fluides à viscosité élevée peuvent nécessiter des temps de réponse plus longs.
Consommation électrique : Les fluides à viscosité plus élevée peuvent nécessiter plus de puissance pour actionner l'électrovanne. Tenir compte de l'alimentation électrique disponible et s'assurer qu'elle est suffisante pour le bon fonctionnement de la vanne.

FAQ

Quelles sont les différences de comportement des électrovannes lors de l'utilisation de fluides à faible viscosité par rapport à des fluides à haute viscosité ?

Les fluides à faible viscosité permettent une réponse plus rapide et une consommation d'énergie plus faible dans les électrovannes, tandis que les fluides à forte viscosité entraînent une réponse plus lente et une consommation d'énergie plus élevée.

Comment déterminer l'électrovanne idéale pour mon application en tenant compte de la viscosité du fluide ?

Lors de la sélection d'une électrovanne, tenez compte de facteurs tels que la viscosité du fluide, le débit, la pression de fonctionnement et la température afin de choisir une électrovanne qui réponde aux exigences spécifiques de votre application.