Fonctionnement de l’unité de conditionnement d’air

Le blog ‘Qu’est-ce qu’une unité de conditionnement d’air’ détaille l’application d’une unité de conditionnement d’air dans un système pneumatique permettant de garantir un air comprimé de qualité et de commander la machine de manière centralisée. Elle allonge la durée de vie des composants et optimise le fonctionnement de la machine en termes de fiabilité, de disponibilité, d’efficience (consommation d’énergie), de sécurité et de précision. Dans le présent blog, nous nous intéressons plus spécifiquement aux composants qui la composent.

Les filtres préservent la qualité de l’air comprimé

L’unité de conditionnement d’air possède des filtres et des sécheurs pour garantir la qualité de l’air comprimé. Les filtres retiennent les particules et l’humidité présentes dans l’air tandis que le sécheur assure un séchage plus profond.

Filtre-manodétendeur

Une première étape de la filtration a lieu dans le filtre-manodétendeur, aussi appelé filtre réducteur. Le distributeur règle la pression d’air comprimé et possède dans le bas du boîtier une cuve qui collecte le condensat et un ensemble filtrant.

Dans le cadre de la régulation de la pression, l’air comprimé passe par un système à ailettes [1] qui génère une force centrifuge. Comme la densité de l’humidité est supérieure à celle de l’air comprimé, les particules humides sont projetées par la force centrifuge contre les parois de la cuve [2]. Elles sont alors collectées dans la cuve et purgées manuellement ou automatiquement.

air prep

L’air comprimé qui quitte le distributeur passe par un filtre. Selon la finesse de filtration, les particules solides d’une certaine taille sont retenues. Festo propose deux types de filtres-manodétendeurs avec une finesse de filtration de respectivement 40 et 5 µm. Le filtre réducteur de 40 microns permet de produire un air comprimé conforme à la classe de qualité minimale conseillée par Festo : 7:4:4. Conformément à la norme ISO 8573-1:2010.

Filtre fin

Lorsque la qualité de l’air comprimé doit être supérieure à la norme, il faut alors prévoir une filtration plus élevée. La filtration a idéalement lieu en plusieurs étapes. Si l’application ne tolère que des particules inférieures à 1 µm dans l’air comprimé, il est judicieux de d’abord collecter les particules plus grandes via des étapes de filtration de 40 et 5 µm. Si on ne le fait pas, les particules supérieures à 1 µm vont colmater et saturer le filtre très fin, ce qui provoquera une chute de pression. La saturation du filtre est à surveiller via une indication différentielle placée sur le filtre. Lorsque la pression différentielle devient trop élevée, l’indication passe au rouge.

Débit élevé

En principe, les filtres génèrent une résistance et réduisent le passage ou le débit. Pour minimiser cela, il est possible d’opter pour des filtres ‘High Flow’. Ces éléments ont une plus grande surface filtrante, ce qui limite l’impact sur le débit. Bien entendu, il faut prévoir de la place pour le montage.

Filtre à charbon actif

Le filtre à charbon actif filtre spécifiquement l’huile et les aérosols et permet d’obtenir le plus haut niveau de qualité. L’huile se fixe au niveau moléculaire du charbon par adsorption, ce qui permet de l’éliminer jusqu’à 0,003 mg/m3.

Sécheur à membrane

Dans le cadre de l’obtention d’un air comprimé de qualité, nous mentionnerons encore les sécheurs à membrane. Ils sont utilisés lorsque le filtre-manodétendeur n’arrive pas à réduire suffisamment le taux d’humidité et donc le point de rosée sous pression. En standard, les filtres-manodétendeurs amènent le point de rosée sous pression à 3°C. Ce qui signifie que l’air comprimé, au-dessus de cette température, ne peut pas condenser et ne peut donc provoquer la formation d’humidité dans le tuyau.

Les applications critiques exigent souvent un point de rosée inférieur, ce qui peut être obtenu en plaçant un sécheur à membrane. Le sécheur crée une légère différence de pression entre deux chambres qui sont séparées l’une de l’autre par une membrane absorbant l’humidité. Par la différence de pression, l’air est comprimé par la membrane et libère l’humidité éventuellement présente. Cela permet d’abaisser le point de rosée sous pression de l’air comprimé de minimum 15 °C. Si cela ne suffit pas, il est possible d’utiliser un sécheur à double adsorption.

Capteurs dans l’unité de conditionnement d’air

Pour la régulation centrale de la pneumatique, l’unité de conditionnement d’air possède divers capteurs qui surveillent plusieurs paramètres.

Capteurs de pression

La pression et le débit (aussi appelé passage ou débit volumique) sont deux paramètres importants de l’air comprimé. Les capteurs de pression offrent l’avantage de ne nécessiter aucun débit pour réaliser la mesure. Ce qui signifie que pratiquement chaque unité de conditionnement d’air peut être équipée d’un capteur de pression. Diverses options sont possibles : il y a le capteur teach-in simple avec une indication LED pour les niveaux de pression réglables et les variantes LCD lisibles en plusieurs couleurs avec une fonctionnalité de programmation.

Les capteurs pour la mesure de débit sont intégrés dans le sens d’écoulement et ne sont disponibles que sous forme de module séparé. Pour une mesure fiable, il est primordial que le capteur soit placé dans un flux d’air laminaire. Il faut alors placer, devant le capteur de débit, un composant ne générant aucune perturbation ni tourbillon. Le capteur de débit ne peut être assemblé que lorsqu’un bloc de distribution (sans fonction spécifique) est placé du côté de l’entrée.

Distributeurs

Enfin, une unité de conditionnement d’air possède divers distributeurs pour commander l’application concernée de manière centralisée.

Manodétendeur

Un des principaux distributeurs est le manodétendeur, également appelé réducteur de pression. Via ce distributeur, la pression de service est réglée en tournant simplement un bouton. Un manomètre ou capteur de pression permet de surveiller la pression et éventuellement de l’ajuster.

Cette illustration détaille le fonctionnement: en tournant le bouton, la pression sur la membrane [2] est ajustée via le ressort principal [1]. Le piston de commande [4] se déplace vers le bas avec la membrane et libère le siège de joint inférieur [6]. Si la pression à l’orifice de service [5] dépasse la pression de service définie, l’air peut alors s’échapper via un autre siège de joint dans la membrane (échappement secondaire).

air prep

Distributeur de sécurité

Pour garantir la sécurité de l’homme, de la machine et de l’environnement, l’unité de conditionnement d’air est dotée d’un distributeur de sécurité qui combine plusieurs fonctions:

• Echappement rapide: par l’orifice d’échappement relativement grand, le système est ramené rapidement à la pression atmosphérique et les vérins sont dépressurisés.

• Démarrage progressif: cette fonction amène le système progressivement sous pression. Cela permet d’éviter des dommages par les actionneurs qui peuvent déclencher directement dans la position de réinitialisation. La vitesse à laquelle le système est mis à pression est réglable.

• Commande redondante: conformément aux directives sur la sécurité machines, les distributeurs sont redondants. Les bobines et les capteurs de position sont doublés afin de pouvoir absorber d’éventuels dysfonctionnements du produit.

Distributeur de mise en/hors circuit

Outre le réglage de la pression de service, l’option d’une mise en/hors circuit centralisée est l’une des caractéristiques les plus souhaitables sur une unité de conditionnement d’air. Le distributeur de mise en/hors circuit ferme l’arrivée de la pression principale, laissant échapper simultanément la pression côté service [3] pour libérer le système de toute pression. L’activation a lieu manuellement via un bouton rotatif [1]. Le bouton [2] intègre une procédure LOTO (Lock Out Tag Out) dans le cadre d’une maintenance de machine sécurisée. Outre la version manuelle, les distributeurs de mise en circuit sont disponibles dans une version électrique qui peut par exemple être activée par un PLC.

air prep
Vue d'ensemble