Historiquement, lorsque les coûts de l’énergie et la sensibilité environnementale étaient plus faibles, l’attention portée à la consommation d’air des machines était moindre. Les concepteurs sélectionnaient souvent les actionneurs pneumatiques selon des critères empiriques : ce qu’ils avaient déjà utilisé, ce qui était disponible en stock, « ça a l’air de convenir », ou en se basant sur un simple graphe pression/force puis en augmentant le diamètre « par sécurité ».
Résultat : de nombreux actionneurs sur les anciennes machines sont sur‑dimensionnés, et il est tout à fait possible — et pertinent — de réduire la pression de fonctionnement pour limiter la redondance inutile et le gaspillage d’air.
L’air comprimé ne sert pas uniquement à alimenter les vérins pneumatiques. D’autres postes majeurs de consommation incluent :
Les générateurs de vide pneumatiques utilisent une buse Venturi basée sur le principe de Bernoulli pour créer du vide en accélérant le flux d’air à travers une buse rétrécie. Les buses intégrées aux générateurs sont conçues pour fonctionner individuellement ou comme éléments au sein d’un générateur multi‑étages. Elles sont spécifiquement conçues pour atteindre des niveaux de vide élevés, des débits élevés pour des temps d’évacuation courts, ou une combinaison polyvalente des deux.
Le fait de faire passer de l’air comprimé à travers une buse puis directement à l’atmosphère peut constituer un poste de consommation très élevé. Les données catalogue indiquent la pression d’alimentation optimale pour atteindre le débit et la dépression requis. Il arrive souvent que les générateurs de vide soient conçus pour fournir le niveau de vide maximal à seulement 4 bar. Augmenter la pression à 6 bar n’obtient pas un vide plus profond, bien que le débit augmente.
Les jets d’air sont utilisés pour éjecter des pièces des convoyeurs et des carters. Il existe différentes façons d’optimiser la consommation d’énergie : soit en concentrant le flux via des buses, soit en utilisant un réservoir pour augmenter l’énergie stockée tout en impulsant le jet sur une très courte durée.
Les pistolets de soufflage sont couramment employés pour le nettoyage et le dépoussiérage. En plus d’être potentiellement dangereux, ils constituent un poste de consommation élevé. Les pistolets modernes sont équipés d’un régulateur intégré abaissant la pression à 2 bar seulement, et d’un embout de sécurité avec orifices de décharge.
Les fuites doivent être éliminées autant que possible, mais il est clair que plus la pression est élevée, plus les pertes sont importantes.
Les volumes morts dans les systèmes pneumatiques — comme le remplissage et la mise à l’échappement de longues ou larges conduites à chaque cycle de vérin — sont une autre cause de gaspillage d’énergie. Monter les distributeurs au plus près des actionneurs permet de raccourcir les longueurs de tuyauterie. Réduire les diamètres de tuyau peut également aider, mais restreindra la pressurisation et, plus encore, les temps d’échappement ; il convient donc de simuler ou calculer pour atteindre la performance requise.
Des pertes d’énergie surviennent également en raison des écoulements non laminaires et turbulents. La friction dans les conduites, les tourbillons dus à des rayons serrés ou coudes (ou encore des écoulements supersoniques) peuvent tous générer des pertes supplémentaires d’efficacité dans les systèmes pneumatiques, et sont influencés par la pression de fonctionnement.
Sur des nouvelles conceptions et nouvelles constructions de machines, réduire la pression de fonctionnement de, par exemple, 6 bar à 4 bar ne réduit pas nécessairement la consommation d’air. Si les composants sont correctement dimensionnés pour l’application — et cela inclut non seulement l’actionneur, mais aussi les lignes de tuyauterie, les raccords et l’unité de préparation d’air, etc. — il peut être préférable de rester à une pression plus élevée.
Par exemple, si vous concevez une machine pour fonctionner à 4 bar, elle nécessitera des vérins de plus grand diamètre pour obtenir la même force qu’une machine à 6 bar ; la tuyauterie aura un plus grand alésage pour atteindre le débit avec une plus faible différence de pression. Les actionneurs, montages, tuyaux et raccords plus grands coûtent généralement plus cher. En outre, des vérins plus grands ajouteront du poids à la machine (critique s’il s’ajoute à la charge utile d’autres actionneurs) et occuperont davantage d’espace.
Si toutes les machines et tous les appareils connectés à un réseau de compresseurs peuvent fonctionner à une pression réduite, il est possible non seulement de réduire les pressions locales, mais aussi de diminuer la pression de tout le réseau. Les systèmes de compresseurs peuvent être optimisés pour une demande pression/débit donnée, et cela doit être pris en compte. Des pressions de réseau plus basses signifient moins de pertes par fuites.
Les réseaux d’air doivent pouvoir absorber les pointes et les fluctuations. Réduire les pressions et la capacité de débit de pointe, bien que potentiellement économes en énergie, peut provoquer des chutes de pression et des pertes de production.
La meilleure approche consiste à collaborer avec des ingénieurs d’applications spécialisés capables de soutenir l’optimisation de la machine en fonction de toutes vos priorités : performance, coûts de construction, coûts sur le cycle de vie, efficacité énergétique, etc. Nous recommandons fortement d’examiner la solution dans son ensemble, et non fonction par fonction.
Même limiter la discussion au remplacement d’actionneurs pneumatiques par des entraînements électriques peut être une généralisation trompeuse. Par exemple, a‑t‑il du sens d’utiliser une pince électrique sophistiquée en bout d’un système de pick‑and‑place si une pince pneumatique peut faire le travail ? Contrairement aux pinces électriques, les pinces pneumatiques ne consomment pas d’énergie lorsqu’elles exercent une force constante pour maintenir la prise d’un composant. Dans la plupart des cas, vous pouvez économiser 50 à 60 % de masse. C’est crucial en bout de bras, car cela permet de réduire la taille de tous les actionneurs de support — rotatifs, X‑Y et Z. Les économies sur l’ensemble du système peuvent être spectaculaires, tant à l’achat qu’à l’exploitation.
La recommandation est de se concentrer sur vos objectifs et de laisser les spécialistes Festo vous accompagner dans la configuration de votre machine. Ils le feront à l’aide de logiciels d’ingénierie qui vous fourniront les outils, données et documents nécessaires pour décider en connaissance de cause, au niveau composant comme au niveau système.
Comment économiser de l’argent sur l’air comprimé ?
L’une des façons les plus efficaces d’économiser sur l’air comprimé est d’assurer le dimensionnement correct de l’ensemble de la « chaîne pneumatique », du compresseur et sécheur/réservoir à la distribution et aux éléments de travail tels que les unités de préparation d’air, distributeurs, tuyauteries, raccords et actionneurs. Des économies de 50 % de consommation d’énergie sont atteignables et peuvent être modélisées grâce à des logiciels gratuits tels que l’outil Festo Pneumatic Simulation — Pneumatic Sizing | Festo FR
Quels sont 5 exemples de systèmes pneumatiques ?
Les systèmes d’air comprimé typiques incluent :
Comment réduire la pression d’air ?
La pression d’air peut être réduite sur l’ensemble du réseau, ce qui signifie que les compresseurs généreront une pression plus basse ou s’arrêteront lorsqu’un seuil inférieur est atteint. Le réservoir et le réseau de distribution peuvent être paramétrés pour fonctionner à pression plus faible, en passant typiquement de 7,5 bar à 6 voire 5 bar. Si une pression plus élevée est requise à un ou plusieurs points d’utilisation, un surpresseur tel que le Festo DPA peut être utilisé localement. Lorsque de la redondance a été intégrée auparavant dans un système d’air comprimé, réduire la pression de fonctionnement diminue directement la consommation d’énergie.
Quels sont les avantages de l’air comprimé ?
Les systèmes pneumatiques utilisant l’air comprimé présentent plusieurs avantages clés :
Comment entretenir les systèmes pneumatiques ?
Les gains rapides en maintenance pneumatique consistent à entretenir ou remplacer régulièrement les filtres au sein des ensembles de préparation d’air, à tester ou écouter (auditivement ou, de préférence, ultrasoniquement) les fuites et à les corriger immédiatement, ainsi qu’à vérifier l’absence de coudes ou restrictions dans les lignes de tuyauterie. Ces mesures simples et rapides peuvent réduire les coûts de 5 à 10 %.