Consommation d’air comprimé pour le démarrage des vannes

Qu’est-ce que la consommation d’air comprimé d’un robinet lors de son démarrage?

Dans l’automatisation industrielle et les systèmes de contrôle des fluides, les vannes pneumatiques constituent des organes d’actionnement couramment utilisés. La consommation d’air comprimé d’une vanne fait référence au volume d’air comprimé qu’elle utilise au moment du passage de son état initial à l’état cible, ainsi que pendant toute la durée de sa manoeuvre. La maîtrise précise de cette donnée est essentielle pour dimensionner correctement la capacité du compresseur d’air, concevoir le diamètre des conduites du réseau et évaluer la consommation énergétique du système.

Les principaux facteurs influençant la quantité initiale d’amorçage

La consommation d’air comprimé d’une vanne n’est pas une valeur fixe; elle est influencée par de nombreux paramètres de fonctionnement et des conditions matérielles:

• Cylindrée et structure:Le volume de l’actionneur pneumatique détermine directement la quantité d’air nécessaire pour une seule course. Les vérins à double effet consomment de l’air comprimé aussi bien lors de l’ouverture que de la fermeture, tandis que les vérins à simple effet n’admettent l’air que d’un seul côté, le mouvement de retour étant assuré par un ressort.
• Pression au travail:Plus la pression d’alimentation du système est élevée, plus le volume standard d’air comprimé consommé est important pour un même volume.
• Temps d’action et fréquence:Plus la vitesse d’ouverture et de fermeture des vannes est élevée, plus le pic de consommation d’air à l’instant T est élevé. Par ailleurs, la fréquence des cycles par unité de temps détermine la consommation moyenne d’air du système.
• Pertes dans les canalisations et les accessoires:Le volume des conduites situées entre la source d’air et l’actionneur de vanne, les fuites aux raccords ainsi que la consommation d’air du pilote des accessoires de commande s’ajoutent également à la consommation totale au démarrage.

Comment estimer la consommation d’air comprimé au démarrage?

Au stade de la conception ingénierie et du dimensionnement des équipements, on recourt généralement à une méthode combinant le calcul théorique et l’application d’une marge de sécurité pour estimer les besoins en puissance au démarrage:

• Calcul de la consommation théorique de gaz:En fonction de la surface de section transversale du cylindre, de sa course et de la pression de service, on détermine le volume théorique d’air consommé pour une seule action. Pour un vérin à double effet, il convient de calculer séparément les volumes de la chambre sans tige et de la chambre avec tige.
• Conversion à l’état standard:Le volume d’air consommé en service réel, sous pression de fonctionnement, est converti, au moyen de l’équation d’état des gaz, en débit d’air libre à la pression atmosphérique normale, afin de le rapprocher du débit nominal de refoulement du compresseur.
• Considérer le débit de pointe et le débit moyen:Le débit maximal au démarrage sert à vérifier le diamètre des conduites et la capacité d’écoulement du détendeur; quant au débit moyen, calculé en tenant compte de la fréquence d’activation, il permet d’évaluer la capacité de fourniture continue d’air comprimé du compresseur.
• Augmenter le coefficient de sécurité:Compte tenu des fuites dans le réseau, des fluctuations de pression ainsi que des éventuelles extensions futures du parc d’équipements, il est courant d’appliquer au résultat du calcul théorique un coefficient de sécurité raisonnable.

Optimisation de la consommation au démarrage et recommandations en matière d’économie d’énergie

Afin de réduire les coûts d’exploitation du système d’air comprimé, il est possible d’optimiser la consommation en phase de démarrage des vannes selon les axes suivants:

• Choix judicieux de l’actionneur:Dans la mesure où les exigences en matière de couple et de temps de réponse sont satisfaites, il convient de privilégier les vérins pneumatiques à simple effet à rappel par ressort ou les actionneurs de plus petit encombrement, afin de réduire la consommation d’air comprimé de base.
• Optimisation des boucles de régulation:En recourant à un régulateur de vanne intelligent ou à un dispositif de limitation du débit, et tout en garantissant la régularité de la manœuvre, il convient d’abaisser légèrement la pression de commande ou de limiter le débit d’admission afin d’éviter une consommation excessive.
• Renforcer la maintenance du réseau de canalisations:Procédez à des contrôles périodiques de l’étanchéité des conduites pneumatiques, des raccords et des corps de vanne, afin d’éliminer tout phénomène de fuite et de réduire les pertes inutiles d’air comprimé.
• Introduction d’un réservoir de stockage de gaz en tant que tampon:La mise en place de petits réservoirs de stockage d’air à proximité des zones de concentration des vannes permet de faire face efficacement aux pointes de consommation instantanées générées par le déclenchement simultané de plusieurs vannes, tout en stabilisant la pression du réseau local.