Qu'est-ce qu'une électrovanne?

Les électrovannes (également connues sous le nom de solénoïdes) sont des vannes contrôlées par un courant électrique. Elles se composent de deux parties principales - le corps de la vanne et le solénoïde (bobine). Le solénoïde est constitué d'un fil de cuivre enroulé qui entoure un tube de noyau avec un piston de fermeture mobile. La fonction de la bobine est de créer un champ magnétique à travers le courant électrique qui passe, qui ensuite déplace le piston et ouvre ou ferme la vanne. Les électrovannes utilisent donc le courant électrique pour convertir en mouvement linéaire.

L'utilisation des électrovannes est très variée. Elles conviennent pour des applications avec des médias liquides ou gazeux. Elles servent à fermer, ouvrir, doser, distribuer ou mélanger dans les systèmes de distribution. Les utilisations classiques incluent les systèmes de chauffage, l'irrigation, les lignes de lavage, les lave-vaisselles et les machines à laver, les systèmes de refroidissement et de climatisation, la médecine, la dentisterie, les équipements de nettoyage industriel et les réservoirs d'eau.

Les électrovannes peuvent être trouvées en versions bidirectionnelles classiques, ou dans des conceptions plus complexes à trois voies et multivoies qui servent à commuter les flux et à mélanger. Les corps des vannes sont le plus souvent fabriqués en laiton, en acier inoxydable, en aluminium ou même en plastique. Avant de choisir, il est toujours bon de vérifier si le matériel sélectionné correspond à l'utilisation prévue et est compatible avec le média concerné.

Conception de la vanne

L'électrovanne se compose du corps de la vanne, sur lequel est montée une bobine. L'entrée et la sortie sont équipées de connexions pour permettre le raccordement de la vanne au tuyauterie. À l'intérieur du corps de la vanne, on trouve un anneau d'écran, un ressort, un piston et un joint ou une membrane.

Ouvert ou fermé ?

Les deux principales catégories de classification des vannes solénoïdes sont NO et NC - normalement ouvertes et normalement fermées. Lorsque du courant électrique est appliqué à la bobine, un champ magnétique est généré, dont la force dépend du courant, du nombre de tours de fil et du matériau du noyau mobile également appelé piston. Ce champ magnétique déplace ce piston, fermant ou ouvrant ainsi la vanne. Sans courant, la vanne peut donc être soit fermée soit ouverte.

Pour une vanne normalement fermée, l'activation du courant entraîne le levage du piston vers le haut grâce au champ magnétique. La vanne s'ouvre alors permettant le passage du fluide. La force du champ magnétique soulève le piston contre le ressort qui, lui, pousse vers le bas. Lorsque le courant est interrompu, le champ magnétique disparaît et le ressort pousse le piston vers sa position initiale. La vanne est ainsi fermée. Cette version est plus couramment utilisée pour des raisons de sécurité en cas de panne de courant.

Une vanne normalement ouverte permet le passage du fluide sans courant. Le piston est donc toujours levé et le fluide peut circuler à travers la vanne. Cependant, si le courant est activé, le champ magnétique pousse le piston vers le bas et ferme la vanne. Cette variante est utilisée principalement dans les applications où il est plus énergétiquement efficace de garder la vanne ouverte pendant de longues périodes.

Commande directe ou indirecte de la vanne ?

Les vannes solénoïdes diffèrent également par leur mode de commande. Elles peuvent être commandées directement, où la bobine ouvre directement l'espace de passage de la vanne, ou être commandées indirectement, c'est-à-dire régulées par la différence de pression entre l'entrée et la sortie. Les vannes sont toujours installées dans les systèmes de tuyauterie de manière à ce que la flèche sur leur corps indique la direction du flux.

Vannes à commande directe

Les vannes à commande directe fonctionnent selon un principe très simple. Prenons l'exemple d'une vanne normalement fermée. Avec le courant coupé, le ressort pousse sur le piston qui ferme l'orifice de passage de la vanne et repose sur le joint. Lorsque le courant est activé, la bobine tire le piston vers le haut et ouvre l'espace. Pour une vanne normalement ouverte, c'est exactement l'inverse.

Ces vannes sont généralement utilisées pour des débits faibles, où la pression n'est pas élevée. Elles ne nécessitent aucune pression ni différence de pression pour fonctionner, et peuvent donc être utilisées même à pression nulle dans les réseaux.

Vannes à commande indirecte

Les vannes à commande indirecte, parfois appelées vannes pilotées, fonctionnent sur le principe d'une différence de pression entre l'entrée et la sortie. Dans ce cas, l'espace de passage de la vanne est fermé par une membrane qui sépare l'orifice d'entrée de l'orifice de sortie. Un petit orifice d'équilibrage dans la membrane permet au fluide de s'écouler dans la chambre au-dessus de la membrane depuis l'entrée, équilibrant ainsi la pression agissant sur la membrane et maintenant celle-ci en position fermée. Considérons à nouveau une vanne normalement fermée. Si la vanne n'est pas sous tension, le ressort et la pression qui se forme dans la chambre au-dessus de la membrane poussent la membrane vers le bas, fermant ainsi la vanne et empêchant le passage du fluide. La chambre au-dessus de la membrane est reliée à l'orifice de sortie par un petit canal (orifice pilote) qui est fermé par le piston. Si la bobine est sous tension, elle soulève le piston vers le haut, permettant ainsi au fluide de circuler par l'orifice pilote vers l'espace de sortie. Comme l'orifice pilote est plus grand que l'orifice d'équilibrage, la pression au-dessus de la membrane diminue, tandis que la pression à l'entrée reste la même et est maintenant plus élevée, soulevant ainsi la membrane et permettant au fluide de s'écouler vers l'orifice de sortie. Les différences de pression, ou la valeur de la pression différentielle, varient de 0,3 bar à 1 bar. Pour une vanne normalement ouverte, le principe de fonctionnement est exactement l'inverse.

Ces vannes conviennent pour des débits plus importants.

Vanne à deux voies ou à trois voies ?

Les vannes à deux voies sont parmi les vannes électromagnétiques les plus basiques. Sur leur corps est marquée une flèche qui indique la direction du flux du fluide. Pour que la vanne fonctionne correctement, cette direction doit être respectée lors de son installation. Les vannes à deux voies sont utilisées pour ouvrir ou fermer le flux. Cependant, des applications plus complexes sont parfois nécessaires, dont le but est par exemple de mélanger. Pour cela, des vannes à trois voies et plus sont utilisées.

Les vannes à trois voies ont au total trois ports pour être connectées au système de distribution. Elles peuvent donc basculer entre deux circuits ou mélanger deux circuits ensemble. Certaines vannes peuvent gérer ces deux fonctions, selon ce qui est nécessaire à ce moment-là. La vanne est toujours connectée seulement par deux ports, à travers lesquels le fluide coule à ce moment.

Fonction de distribution de la vanne

Le fluide entre par l'orifice d'entrée. La bobine décide par quel orifice de sortie le fluide s'écoulera. Sans courant, le fluide s'écoulera par l'orifice de sortie supérieur. Si la bobine est sous tension, le piston sera tiré vers le haut, fermant ainsi le chemin vers l'orifice de sortie supérieur, mais ouvrant l'accès au fluide provenant de l'orifice d'entrée inférieur.

Fonction de mélange de la vanne

Dans ce cas, la vanne a deux entrées et une sortie. La bobine décide de quel orifice de sortie le fluide s'écoulera à ce moment. Sans courant, le fluide s'écoulera de l'entrée supérieure vers la sortie. Sous tension, la bobine tire le piston vers le haut, empêchant le fluide de s'écouler de l'entrée supérieure et ouvrant l'accès au fluide de l'entrée inférieure.

Fonction universelle de la vanne

La vanne fonctionne dans les deux sens. Elle peut être utilisée comme vanne de distribution ou comme vanne de mélange. Cependant, seuls deux ports sont toujours en opération.

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Alimentation des bobines

Les bobines sont alimentées soit par un courant continu soit par un courant alternatif. Les bobines pour le courant continu ont plus de tours que celles pour le courant alternatif. Elles sont moins sujettes à la saleté et la force de levage reste constante en position initiale et levée. Cependant, l'énergie consommée et la force magnétique dépendent de la température pour les bobines à courant continu. Avec les bobines à courant alternatif, la dépendance est moindre, mais elles sont plus sensibles à la saleté, ce qui peut causer un bourdonnement de la bobine. Elles sont caractérisées par une vitesse de commutation plus rapide. En cas de blocage du piston, la bobine peut surchauffer. À tension égale, la résistance est inférieure avec une bobine à courant alternatif qu'avec une bobine à courant continu.

La gamme de tensions pour les bobines est large. Pour le courant continu, la tension varie entre 12-48 V, pour le courant alternatif, les plages de tension sont entre 110-230 V. Les vannes électromagnétiques sont généralement vendues directement avec une bobine, mais il est possible de trouver des vannes sans bobine. Les bobines sont entièrement remplaçables et pour chaque vanne, vous pouvez trouver une bobine de rechange, au cas où la bobine existante cesserait de fonctionner. Le remplacement est rapide et facile.

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Quelles sont les différences entre les matériaux d'étanchéité ?

Le matériau d'étanchéité et la membrane doivent toujours être compatibles avec le médium utilisé. Pour différents médias, un type de joint différent est toujours plus approprié.

NBR - aussi connu comme le caoutchouc nitrile, est d'origine synthétique. Il est caractérisé par une grande résistance à l'usure. C'est un élastomère à haute résistance à la traction. Le risque de déformation est très faible. Il convient aux liquides à base d'eau et de glycol, aux huiles et aux médias gazeux tels que l'air. La température devrait varier de -10 à +90/100 °C.

EPDM - caoutchouc d'éthylène-propylène. Il est caractérisé par une grande résistance au vieillissement, à l'ozone, à la chaleur et aux rayons ultraviolets. Le risque de déformation est très faible. La plage de température est plus large que celle du NBR, de -30 ° à +140 °C. L'EPDM est le plus utilisé pour les liquides à base d'eau et de glycol et pour les applications de vapeur.

ViTON - pour des applications avec une gamme de température de -15 à 220 °C. Il s'agit d'un matériau en fluoroélastomère résistant à un large éventail de produits chimiques, tels que les huiles minérales, l'ozone, les carburants, les solvants organiques, et d'autres. Il est doté d'excellentes capacités d'isolation et de résistance au sous-vide. Il n'est pas très flexible et s'use facilement.

FKM - autre matériau en caoutchouc fluoré avec des propriétés similaires à celles du ViTON. La gamme de température va de 0 à 100 °C. Il est utilisé dans des applications avec de l'eau et des glycols, pour les huiles et les médias gazeux comme l'air.

PTFE - polymère très résistant avec une plage de température de -10 à +150 °C. Utilisé pour les applications de vapeur. Il est caractérisé par une très haute résistance au vieillissement et aux produits chimiques, une haute résistance à la traction et un faible coefficient de frottement.