Vannes – GF - Expert Engineering Zone

Automatisation des processus industriels chez Zoutman

David Boonen — Tue, 17 Jan 2023 23:04:37 +0000

L’automatisation des processus

Nombreux sont les processus mis en oeuvre aujourd’hui dans l’industrie qui accusent un retard certain par rapport à l’état actuel des technologies. Pourtant, bon nombre d’entreprises diffèrent leurs investissements dans l’automatisation des processus parce qu’elles doutent de leur rendement. Les dirigeants de Zoutman hésitaient aussi, mais une installation d’essai a eu raison de leurs dernières réticences. Dans le cas qui nous occupe, nous allons soumettre à votre appréciation l’argumentation et les hésitations de Zoutman.

Producteur de sel de premier plan, Zoutman est en pleine expansion. L’entreprise traite actuellement à 300.000 tonnes de sel par an. Cette production est très diversifiée: sel alimentaire, MARSEL^®, sel de traitement des eaux, sel d’épandage, sel agricole et d’alimentation animale, sel technique et sel de bien-être.

Limitations des vannes à bille

L’une des activités de Zoutman réside dans la production de saumure. Lors de la production de saumure, les cristaux de sel sont acheminés par un convoyeur à bande. Ces cristaux sont aspergés d’une quantité d’eau parfaitement dosée.

Il y a peu, la régulation de l’aspersion des cristaux de sel s’effectuait encore par le biais d’une série de vannes électriques et manuelles à bille. De plus, la production reposait sur l’utilisation de débitmètres visuels. En conséquence, les opérateurs passaient le plus clair de leur temps à régler le processus. Procéder à un réglage précis en agissant sur des vannes à bille n’est pas une sinécure parce que ce système est difficile à équilibrer. Les électrovannes à bille présentent une courbe caractéristique parabolique. Les déplacements de leur clapet entre la position ouverte (20 mA) et la position fermée (4 mA) respectent une courbe parabolique (voir graphique).

Courbe parabolique d’une vanne à bille

En conséquence, la recherche manuelle de la position adéquate était une gageure. Les fluctuations de l’écoulement étaient rapides, dans un sens comme dans l’autre. Au sein d’un environnement tel que l’unité de production Zoutman où l’exécution de dosages précis s’impose, ces fluctuations nécessitaient l’exécution très fréquente de corrections. Les opérateurs qui actionnent régulièrement des vannes à bille savent combien la prévention des dépassements de seuil inférieur ou supérieur est laborieuse.

Premiers pas vers l’automatisation: débitmètres électromagnétiques, puis électrovannes à membrane

L’automatisation est peut-être un terme à la mode, mais ce n’est certainement pas un concept vide de sens. Sa mise en oeuvre implique que, d’un bout à l’autre du processus, les vannes et instruments d’analyse et de mesure doivent être parfaitement adaptés les uns aux autres et communiquer, dans la mesure du possible, les uns avec les autres. Objectif: libérer les opérateurs de ces tâches contraignantes pour qu’ils puissent se consacrer à l’analyse et à la surveillance de la qualité. Chez Zoutman, l’automatisation n’était pas encore à l’ordre du jour. Le processus est difficile à normaliser et les matériaux corrosifs ont un impact majeur sur l’installation. En outre, le dosage doit être d’une précision extrême. Pourtant, les dirigeants de l’entreprise se sont gardés d’en exclure l’automatisation.

Automatisation progressive

Au cours de la première phase, les responsables se sont penchés sur les débitmètres électromagnétiques à commande électrique pour remplacer les vannes manuelles à bille. Leur choix s’est porté sur la e-Diastar, une électrovanne à membrane conçue par GF Piping Systems. Exempte de vis métalliques, cette électrovanne est exécutée en PPGF, une matière synthétique résistante aux produits chimiques. L’emploi de ce matériau exclut toute corrosion par la saumure.

Cette électrovanne dont la commercialisation est récente résout aussi un deuxième problème: la courbe caractéristique de cette vanne est quasiment linéaire. Cela signifie que toutes les positions situées entre l’ouverture et la fermeture sont opérationnelles. Cette vanne se passe de toute intervention manuelle. Les opérateurs sont en mesure de piloter leurs vannes à partir d’un ordinateur. Après avoir travaillé pendant près de 10 ans avec des vannes à bille, Zoutman entre résolument dans une nouvelle industrielle grâce au rendement très supérieur de l’installation.

Courbe sinusoïdale de la vanne de régulation eDiastar

Phase préparatoire : exploitation d’une installation d’essai pendant six mois

Ne voulant prendre aucun risque, Zoutman a pris la décision de construire une installation d’essai afin d’en étudier le fonctionnement pendant six mois. L’entreprise a fait l’acquisition d’un débitmètre et d’une vanne à bille et en a testé le fonctionnement en laboratoire. Le fonctionnement remarquable de l’installation a convaincu les dirigeants de transformer en profondeur leur chaîne de production. Le schéma en 3D ci-après illustre une vue en plongée du convoyeur à bande. Le fonctionnement des vannes à membrane et à commande pneumatique (en jaune, ci-après) et des électrovannes à membrane (en bleu) est entièrement automatisé.

Les petites têtes de teinte jaune visibles dans la région supérieure du schéma représentent autant de débitmètres électromagnétiques (GF-2551). Ces débitmètres mesurent le débit de l’eau aspergée sur le sel. Également visibles sur la photo ci-avant, ces débitmètres assurent le pilotage automatique des électrovannes à membrane (en bleu). Cette installation permet à Zoutman de procéder automatiquement aux mesures et réglages requis. De plus, la précision du dosage est dix fois plus élevée qu’auparavant

L’ancien et le nouveau

L’ancienne installation reposait sur l’utilisation de vannes magnétiques. Les vannes magnétiques présentent l’inconvénient de ne comporter qu’une seule fonction d’ouverture/fermeture.

Leur régulation est envisageable, mais elle est très compliquée. En revanche, les électrovannes permettent d’opter pour n’importe quelle position d’ouverture dans les limites de la plage d’ouverture et de fermeture complètes. C’est l’une des raisons pour lesquelles les électrovannes se prêtent à merveille à l’automatisation de processus. Leur précision de l’ordre de 1 % est devenue la nouvelle norme de référence.

Le corps des vannes magnétiques ou vannes solénoïdes qu’accueillait l’ancienne installation était exécuté en laiton. Les vis d’assemblage étaient en acier. Leur emploi n’était pas une solution idéale à long terme dans un environnement aussi agressif que l’unité de production Zoutman.

Le profil d’écoulement des vannes de la nouvelle génération l’emporte à tous points de vue sur celui des anciennes

L’automatisation vise à réduire au maximum l’intervention d’opérateur humains. Toutefois, cela signifie également que les vannes utilisées doivent être d’une fiabilité hors pair. Il est préférable que leur exploitation ne requière qu’une maintenance minimale (voire aucune). Un écoulement optimal du fluide à travers ces vannes constitue une valeur ajoutée appréciable. La simulation ci-après illustre respectivement l’écoulement régulier que l’on observe à travers la plupart des vannes (côté gauche) et l’écoulement que l’on observe à travers une vanne améliorée (côté droit).

En raison de la morphologie interne des vannes de la nouvelle génération, aucune obstruction ou presque n’entrave l’écoulement du fluide. Les formes arrondies contribuent à optimiser l’écoulement du fluide.

À l’intérieur d’une vanne ancienne (côté gauche), le franchissement incontournable d’une sorte de seuil par le fluide a tendance à provoquer des turbulences, lesquelles engendrent à leur tour une dépression. Cette situation risque de se traduire à terme par des pertes d’énergie. Dès lors, les pompes seront plus sollicitées.

Industrie 4.0: synonyme d’interconnexion de tous les composants d’une installation

Avec cette installation, Zoutman pénètre, sans tapage, dans une nouvelle ère : celle de l’Industrie 4.0. Tous les organes du processus de production de saumure sont parfaitement adaptés les uns aux autres : instrumentation, vannes manuelles, pneumatiques et électriques. Même les tubes et raccords n’échappent pas à la règle. Dans l’exemple qui nous occupe, tous les instruments de mesure et de régulation proviennent de GF Piping Systems, un producteur suisse d’articles en matière synthétique conçus pour le traitement de liquides chimiques et corrosifs.

ROI – durée d’amortissement de l’automatisation

Sans disposer de chiffres exacts à ce stade, les opérateurs au service de Zoutman font d’ores et déjà état d’un investissement récupéré à court terme. Et ce alors que la durée de vie prévisible de ces équipements est supérieure à dix ans. La sélection de matériaux résistants à la corrosion permet à ces vannes de ne jamais rencontrer les problèmes classiques auxquels sont confrontées les vannes en métal. Même lorsqu’elles sont soumises à un environnement aussi corrosif qu’un brouillard salin.

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Découvrez 9 types de vannes et les accessoires fréquemment utilisés avec celles-ci

Frederik Koninckx — Tue, 17 Jan 2023 14:22:00 +0000

Les 9 types de vannes

L’éventail des types d’accessoires et vannes d’acheminement de liquides divers est très large. Globalement, on dénombre une dizaine de types de vannes et accessoires qui se prêtent au transport de liquides corrosifs. Les quatre types les plus importants feront l’objet d’explications détaillées, les autres d’une brève présentation. Si vous avez des questions concernant l’une ou l’autre de ces vannes, n’hésitez pas à prendre contact avec nos services; nos experts se feront un plaisir de vous aider: info@gf-eez.com

Vanne à bille
Vanne à membrane
Vanne papillon
Vanne de régulation de la pression
Clapet de ventilation (brève intro)
Clapet à cône (brève intro)
Clapet à battant (brève intro)
Clapet en ligne à siège oblique (brève intro)
Débitmètre du type à flux (brève intro)

Bon nombre des vannes et accessoires les plus répandus sont exécutés dans des métaux classiques tels que l’acier, l’inox et la fonte. Les vannes métalliques comptent rarement au nombre des solutions les mieux adaptées au transport de liquides corrosifs ou à ces applications pour lesquelles le poids est un facteur important. Ces dernières années, l’usage de vannes et accessoires s’est imposé graduellement pour ces applications. Spécialement conçus pour le transport de liquides corrosifs, ces vannes et accessoires confèrent aux installations une réelle valeur ajoutée sur le plan de la durée de vie, de la sécurité, du confort de montage, etc. Ci-après figurent quelques applications caractéristiques des vannes en matière synthétique:

Traitement des eaux industrielles
Neutralisation et épuration des eaux usées
Traitement de surface dans l’industrie métallurgique
Remplissage et vidange des réservoirs de produits chimiques
Dosage, groupage et mélange de produits chimiques
Lavage de gaz (scrubbers)
Transport de produits chimiques à l’intérieur ou à l’extérieur d’un bâtiment
Applications nécessitant l’utilisation d’eaux d’une grande pureté en laboratoire ainsi que dans le cadre de processus pharmaceutiques
Piscines et aquariums
Systèmes de réfrigération secondaires à usage industriel
Climatisations industrielles

1. Vanne à bille

Le fonctionnement d’une vanne à bille repose en particulier sur une pièce centrale sphérique percée d’un passage transversal. Lorsqu’elle est en position « ouverte », la vanne autorise l’écoulement du fluide à travers ce passage ; lorsqu’elle est en position « fermée », la vanne en interdit l’écoulement. En règle générale, la bille doit effectuer une rotation de 90° pour passer de la position ouverte à la position fermée et vice versa. Essentiellement vouée à l’exécution de fonctions d’ouverture / fermeture (On/Off), la vanne à bille présente l’avantage d’autoriser un passage intégral. De plus, son installation garantit des pertes de charge minimes à pleine ouverture. Toutefois, l’emploi de vannes à bille est moins indiqué lorsqu’il s’agit de réguler un débit.

Les vannes industrielles à bille reposent sur le principe de la bille flottante. En vertu de ce principe, le pouvoir d’obturation de la vanne augmente sous l’effet de la pression croissante exercée par le fluide. Une vanne à bille flottante se caractérise surtout par le fait qu’elle ne s’articule qu’autour d’un seul axe central et qu’en position de fermeture, sa bille jouit d’une certaine liberté de mouvement dans le plan horizontal par rapport à cet axe. En conséquence, la bille se cale sur son siège avec une vigueur fluctuante (en fonction de la pression exercée par le fluide). C’est la raison pour laquelle, les sièges de bille doivent être pourvus d’une bague d’appui en élastomère. L’éclaté ci-après présente, à titre d’exemple, une vanne industrielle à bille GF du type 546Pro et en illustre la structure.

Il convient d’observer que les vannes à bille se distinguent par un large éventail de types et de qualités, allant des modèles les plus simples destinés au jardinage et aux aquariums, aux modèles les plus sophistiqués conçus pour l’industrie chimique.

Outre l’incorporation ou non d’une bille flottante, les vannes à bille se différencient également par nombre de caractéristiques qui en déterminent la qualité et l’usage. La liste ci-après en répertorie quelques-unes:

axe de vanne pourvu d’un simple ou d’un double joint d’étanchéité
démontabilité et remontabilité du mécanisme intérieur de la vanne (bille, sièges de la bille, axe de la vanne, joints toriques internes)
diversité des matériaux d’étanchement (les vannes élémentaires conçues pour l’eau sont d’ordinaire pourvues de joints en EPDM et en NBR, tandis que les vannes conçues pour les produits chimiques se déclinent également dans des versions munies de joints en FKM et en FFKM)
sièges de bille en PE (vannes élémentaires) ou en PTFE (vannes pour produits chimiques)
verrouillabilité de la vanne considérée
option d’affichage électronique du positionnement de la vanne
type de filet sur lequel se montent les manchons de serrage de la vanne
option ou non d’identification par numérotation
option d’automatisation de la ou des vannes (électriques, pneumatiques)
disponibilité de diverses matières synthétiques aptes à la fabrication de vannes : PVC-U, PVC-C, ABS, PP, PVDF
tests de qualité de fabrication effectués et certificats correspondants
résultats d’essais d’étanchéité effectués en usine et certificats correspondants (soumission de séries entières plutôt que de simples échantillons à de tels essais)
…

Voici quelques exemples de vannes à bille accompagnées de leurs principaux domaines d’application:

Nous vous recommandons vivement de vous mettre en contact avec votre fabricant pour examiner avec lui l’application particulière à laquelle vous destinez votre vanne afin de faire le meilleur choix.

2. Vanne à membrane

La conception des vannes à membrane est d’une grande simplicité ; un déplacement vertical vers le bas de la tige (axe) de la vanne suffit à fermer cette dernière en comprimant la membrane sur son siège. Inversement, un déplacement vertical vers le haut de la tige (axe) de la vanne suffit à l’ouvrir. Si le fluide transporté requiert une amélioration sensible de la résistance chimique de cette membrane généralement exécutée en élastomère (EPDM, FKM ou NBR) pour atteindre la flexibilité requise, rien ne s’oppose à ce que cette dernière soit revêtue d’une deuxième couche en PTFE. En règle générale, les vannes à membrane sont particulièrement indiquées pour l’acheminement de liquides corrosifs, abrasifs et pollués.

Elles se distinguent de surcroît par une bonne aptitude à la régulation du débit. Cependant, les vannes à membrane en matière synthétique ne sont pas à passage intégral (en raison de leur siège renforcé). Dès lors, elles ne permettent pas d’atteindre les mêmes coefficients de débit (Kv 100) que les vannes à bille.

Toutefois, les efforts consentis, ces dernières années, dans le domaine de la conception ont permis aux coefficients de débit Kv 100 de rattraper une partie de leur retard. Nous allons aborder le rapport existant entre le coefficient Kv 100 et le débit dans cette partie et vous découvrirez ci-après les écarts conceptuels significatifs entre une vanne à membrane classique (p. ex. GF type Série 3) et une version moderne (p. ex. GF type Série 5).

À cet égard, soyez attentif aussi bien à la forme du corps (ancien = section carrée contre nouveau = section circulaire) qu’à celle du siège (ancien = siège vertical renforcé contre nouveau = siège à renfort très arrondi et surfacé) ainsi qu’au fait que l’assemblage des vannes de conception récente se passe désormais de boulons sensibles à la corrosion.

Tableau comparatif des coefficients de débit Kv 100 et des différences de conception:

DN	Kv conception classique [l/min @ ▲P = 1bar]	Kv conception récente [l/min @ ▲P = 1bar]	Amélioration des vannes de conception récente par rapport aux vannes de conception classique [%]
15	56 à 72	125	+74% à +123%
20	120 à 137	271	+98% à +126 %
25	175 à 230	481	+109% à +175 %
32	301 à 341	759	+123% à +152 %
40	418 à 460	1263	+175% à +202 %
50	685 à 768	1728	+125 % à +152%

Ci-avant: conception classique comportant un corps boulonné de section carrée (à gauche) par opposition à une conception récente comportant un corps sans boulonnage de section circulaire (à droite). Au-dessous de chacune de ces illustrations figure deux représentations schématiques de leurs écoulements respectifs. Ces représentations montrent clairement que l’écoulement du liquide à travers le corps d’une vanne récente est plus fluide.

Structure d’une vanne à membrane moderne (GF type Série 5):

3. Vanne papillon

Une vanne papillon se caractérise essentiellement par la présence d’un disque central (que l’on nomme également papillon). L’axe de la vanne est perpendiculaire à la direction d’écoulement du fluide dans la canalisation. En règle générale, le papillon doit effectuer une rotation de 90° pour passer de la position ouverte à la position fermée et vice versa. Caractérisée par une longueur d’installation restreinte, la vanne papillon est essentiellement vouée à l’exécution de fonctions d’ouverture / fermeture (On/Off), mais, dans certains cas, elle peut aussi faire office de vanne de régulation (surtout en version automatisée).

Disponibles en DN50, les vannes papillon se montent systématiquement entre des brides. Il convient également de souligner que, vu la taille de leur papillon, ces vannes ne présentent une efficacité de fonctionnement satisfaisante quant au débit qu’à partir d’un diamètre plus important de l’ordre de DN100.

À l’instar des vannes à bille, les vannes papillon se déclinent en une multitude de types conçus pour un large éventail d’applications, allant des modèles les plus simples (jardinage, aquariums et jeux d’eau) aux modèles les plus sophistiqués (industrie chimique). Les vannes le plus simples sont pourvues d’une garniture en élastomère (EPDM, FKM, NBR) au centre de laquelle pivote un papillon. Mais il en existe également plusieurs types dont la garniture d’étanchéité en élastomère recouvre également le papillon central. La conception et la fabrication de ces deux types de vanne est d’une grande simplicité. En conséquence, ces vannes sont peu coûteuses.

Toutefois, en raison du contact permanent entre le papillon, la garniture d’étanchéité et le corps de ces vannes, elles présentent l’inconvénient d’engendrer davantage de frottements entre ces trois éléments et, partant, de réclamer l’application d’un couple de commande plus élevé et de subir une usure plus importante, laquelle ne manquera pas d’en réduire la durée de vie utile. C’est pourquoi ces différents types de vannes papillon sont essentiellement voués au traitement d’eaux pures et moins aptes, voire inadaptés à l’acheminement de produits chimiques fluides ou de liquides contenant des particules en suspension et autres impuretés (sédimentation, agglomération, abrasion).

Vanne papillon central (à gauche) et vanne papillon double excentrique (à droite).

La vannes papillon et à double axe excentrique sont conçues pour les applications les plus exigeantes. Cela signifie concrètement que l’axe et le papillon sont légèrement décalés par rapport au centre de la vanne. Ce décalage s’applique aussi bien à la périphérie circonférentielle de la vanne qu’à sa longueur d’installation. Dans ce cas particulier, lors de l’ouverture et de la fermeture de la vanne, le papillon exécute un mouvement de rotation décentré en raison duquel le papillon et la garniture d’étanchéité appliquée à l’intérieur du corps de la vanne n’entrent en contact que dans les derniers 7 à 9° de rotation lors de la fermeture (ou dans les premiers 7 à 9° de rotation lors de l’ouverture). Lors de la fermeture, le papillon exerce une pression contre la garniture d’étanchéité plutôt qu’il ne la soumet à des contraintes dues aux frottements.

Coupe verticale d’une vanne papillon double excentrique.

Dans le premier cas de figure (illustré à gauche) où une sécurité de verrouillage maximale et/ou une protection accrue contre les coups de bélier s’imposent, on procédera au montage de la vanne souhaitée de telle sorte que sa fermeture s’opère dans le sens de l’écoulement. Dans l’autre cas de figure (illustré à droite) où il faut s’attendre à ce que le couple de commande à appliquer soit très inférieur, on procédera au montage de la vanne souhaitée de telle sorte que sa fermeture s’opère plutôt dans le sens contraire à l’écoulement. S’agissant des effets du mode d’installation retenu, nous vous recommandons de consulter le fabricant de la vanne.

Les vannes papillon se distinguent encore les unes des autres tant sur le plan de la commande que du montage:

Commande:

- Levier à main classique (réglable par paliers de 5 à 10°, selon le fabricant)
- Levier à main à réglage progressif, selon le fabricant
- Commande à vis sans fin

Montage:

- «Type à battant » (version dépourvue de trous de boulon taraudés)
- «Type à bride » (version pourvue de trous de boulon taraudés)

De gauche à droite : Vanne du « type à battant » équipée d’un levier classique, d’une levier à réglage progressif ou d’un dispositif de commande à vis sans fin et vanne du « type à bride ».

4. Vanne de régulation de la pression

Le fonctionnement des vannes de régulation de la pression repose sur une structure interne très particulière ainsi que sur la pression à laquelle le fluide acheminé est soumis. Ces vannes permettent de réguler la pression à laquelle le fluide est soumis sans nécessiter l’intervention d’aucun dispositif d’entraînement motorisé. En règle générale, on fait la distinction entre trois types de vannes, lesquelles se différencient par leur fonctionnement spécifique:

Régulation de la pression du fluide entrant (on parle volontiers de vanne de maintien de pression)
Régulation de la pression du fluide sortant (on parle volontiers de vanne de réduction de pression)
Prévention des risques de surpression susceptible d’affecter certains tronçons de canalisation

L’illustration ci-dessus présente une vanne de réduction de pression GF du type V582. Soyez attentif aux pictogrammes renvoyant à une pression variable du fluide entrant et à une pression stabilisée par réglage du fluide sortant. S’agissant des vannes de maintien de pression, leur mode de fonctionnement est diamétralement opposé. Il va sans dire que le sens de l’écoulement à travers ces vannes est déterminant. Une petite flèche apposée par le fabricant sur le corps de ces vannes en indique l’orientation à respecter au montage.

Concrètement, le fonctionnement global d’une vanne de régulation de la pression consiste, dans un premier temps, à porter le fluide acheminé à la pression spécifique souhaitée par le biais d’un ressort monté dans la partie supérieure de la vanne, puis à en vérifier l’obtention sur un manomètre (monté tantôt sur la canalisation, tantôt sur la vanne elle-même). L’itinéraire particulier que doit emprunter le fluide acheminé à travers la vanne, la force exercée par le ressort et la position spécifique de la membrane de régulation contraindront la vanne à compenser automatiquement toute variation de pression indésirable à laquelle le fluide serait soumis.

Membrane ou cartouches

Les vannes de régulation commercialisées à l’heure actuelle sont de deux types : vannes à membrane classiques et vannes dont le fonctionnement repose sur l’utilisation de pastilles/cartouches interchangeables. Ces dernières présente l’avantage suivant : il suffit d’en remplacer la pastille pour que ces vannes se comportent, selon le cas, en vanne de réduction ou en vanne de maintien de pression. C’est à la simplicité sans précédent des opérations de montage et de démontage des pièces (la coiffe de la vanne se visse sur le corps de celle-ci) que les réparations éventuelles doivent leur précision accrue, leur vitesse d’exécution supérieure et leur moindre sensibilité aux erreurs potentielles.

En raison de contraintes structurelles, la section des versions équipées de pastilles interchangeables est limitée d’ordinaire à DN50. Les vannes de grandes dimensions se caractérisent par l’adoption d’une membrane classique et l’assemblage des éléments constitutifs de leurs corps respectifs s’effectue au moyen de boulons métalliques. Pour plus d’informations concernant l’aptitude fonctionnelle d’une vanne de régulation de la pression à prévenir les situations de surpression, lisez cet article consacré à l’utilisation des PRV.

Vous trouverez ci-dessous deux coupes transversales. Veuillez noter que la construction générale de la vanne est identique, mais que la différence de fonctionnement se concentre autour de la pastille interchangeable.

La structure d’une vanne de régulation de la pression d’une section comprise entre DN65 et DN100 est sensiblement différente, comme le montre l’illustration ci-après. Ces vannes reposent sur l’utilisation d’une autre sorte de membrane et de piston.

La sélection de la vanne la plus appropriée à une application spécifique revêt une grande importance. Non seulement sur le plan de la compatibilité des matériaux avec le fluide à traiter et les conditions de température et de pression, mais aussi quant au mode de fonctionnement et à l’adéquation du dimensionnement. Cet aspect de la question est souvent négligé, comme en atteste la sélection par trop fréquente d’une vanne de même section que la canalisation dont l’installation se traduit souvent par un mauvais fonctionnement de la vanne et du processus de régulation. Cet outil permet d’étudier les paramètres de sélection de la vanne adéquate.

5. Vanne de ventilation et vanne de purge et de ventilation

Ces vannes permettent de procéder à la purge de cuves et de systèmes de tuyauteries. Les vannes de ventilation s’utilisent dans toutes ces situations nécessitant un apport en air contrôlé et sûr. En outre, ces vannes préviennent aussi tout déversement du fluide traité. Ces vannes sont plus fiables que jamais grâce à une innovation récente dont bénéficie leur flotteur. Dans la zone d’étanchement, ce flotteur présente une surface bombée qui lui permet de s’ajuster parfaitement sur la bague d’étanchéité. Le double palier du flotteur prévient de surcroît tout risque de blocage, même en cas de mouvements de fermeture très rapides.

6. Clapet à cône

Les clapets à cône appartenant à cette nouvelle génération s’articulent autour d’un cône de contrôle qui prévient tout reflux du fluide traité. La géométrie optimisée de l’écoulement permet de réduire au maximum la résistance à l’écoulement et les pertes de charge. Une nouvelle zone d’étanchement et une garniture d’étanchéité spécialement conçue pour ce clapet en garantissant l’étanchéité absolue, même en cas de mouvements de fermeture très rapides. Le cône de contrôle présente une surface bombée dans la zone d’étanchement. Le double palier du cône de contrôle prévient tout risque de blocage. En conséquence, toute défaillance est exclue.

7. Clapet à battant

Lorsqu’un fluide se déplace dans le sens d’écoulement du flux, le disque du clapet à battant s’ouvre en permettant au fluide acheminé de s’écouler dans la direction voulue. Dès que la pression moyenne baisse en deçà d’un seuil déterminé, le clapet se referme à nouveau.

8. Clapet en ligne à siège oblique

Le clapet en ligne à siège oblique est pourvu d’un piston monté au centre du clapet. Ce piston exerce une pression sur une assise ou un siège plan. Le clapet s’ouvre dès que la pression exercée par le fluide acheminé repousse le cône vers le haut.

9. Débitmètre du type à flux

Un débitmètre à surface variable se compose d’un conduit conique dans lequel le fluide afflue de bas en haut. Ce conduit conique accueille un flotteur à déplacement vertical. Lorsqu’un fluide dont la vitesse d’écoulement vers le haut à travers le conduit conique monté à la verticale atteint une valeur suffisante, le flotteur est soulevé jusqu’au point d’équilibre entre le poids du flotteur et la poussée exercée par le fluide. Comme le débit moyen est proportionnel à la quantité de fluide qui s’écoule par unité pendant un laps de temps déterminé, la position d’équilibre correspond à la mesure du débit à ce moment précis.

Explorez notre section dédiée à la Robinetterie pour approfondir vos connaissances sur le fonctionnement et les applications variées des différentes vannes.

Si vous avez des interrogations sur les vannes ou accessoires présentés, n’hésitez pas à contacter nos experts. Ils seront ravis de répondre à vos questions.

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Qu’est-ce qu’une vanne de régulation automatisée ? Comment et pourquoi la choisir en fonction de l’application utilisée

Joeri Tomas Fahim — Tue, 17 Jan 2023 14:22:00 +0000

La vanne de régulation automatisée s’utilise essentiellement dans l’industrie de transformation pour maintenir une ou plusieurs variables d’un processus dans les limites d’une plage déterminée, en garantissant, ce faisant, la qualité du produit fini.

Ces opérations s’effectuent par le biais d’un circuit de régulation comportant les composants suivants : capteur, émetteur, unité de commande et vanne de régulation.

Fonctionnement du circuit fermé

Le capteur recueille des informations relatives aux variables du processus, l’émetteur les convertit en un signal utilisable, puis les complète (éventuellement d’un visuel affichable) avant de les transmettre à l’unité de commande.

Se présentant sous la forme d’un API, d’un système SCADA ou DCS, l’unité de commande poursuit le traitement de ces informations et établit les opérations à effectuer pour atteindre le point de consigne souhaité.

Dans la foulée, l’unité de commande pilote la vanne de régulation et détermine le taux d’ouverture de ladite vanne. En fonction de l’écart entre les valeurs réelles et souhaitées que prennent ou devraient prendre les variables du processus, l’unité de commande maintient le taux d’ouverture de la vanne de régulation à un niveau supérieur, inférieur ou identique. Cette vanne permet d’agir sur les variables du processus et de maintenir la ou les valeurs souhaitées.

Une vanne de régulation se compose de 3 organes majeurs:

‘Positioner’ ou positionneur de la vanne
‘Actuator’ ou actionneur
‘Valve body’ ou corps de la vanne

Le positionneur reçoit le signal électrique provenant de l’unité de commande. Ce signal électrique dépend du protocole de communication employé par l’unité de commande et peut prendre l’une des formes suivantes: un signal électrique analogique de 4 à 20 mA (avec ou sans HART) ou un signal numérique par le biais d’un bus du type Modbus, Profibus, Profinet ou Foundation Fieldbus. Le positionneur convertit le signal et le transmet à l’actionneur de la vanne.

Cet actionneur n’est autre que le moteur de la vanne. Ce dernier transmet une force (mouvement linéaire) ou un moment (mouvement de rotation) à la partie mécanique de la vanne pour que cette dernière s’ouvre, se ferme ou occupe une position intermédiaire. Les actionneurs sont de trois types: pneumatique, électrique ou hydraulique. En fonction de la source d’énergie qui alimente l’actionneur de la vanne, le positionneur transmet à ce dernier un signal du même type.

Monté sur la canalisation concernée, le corps de la vanne de régulation est mécaniquement solidaire de l’actionneur.

Sélection de la vanne de régulation adéquate

Pour procéder au dimensionnement correct d’une vanne de régulation ainsi qu’à sa sélection, il faut disposer d’un certain nombre de données importantes.

Il s’agit des données suivantes:

débits (Q)
dénomination du fluide et concentration ou composition de ce dernier
masse volumique (en présence d’un fluide), poids moléculaire (en présence d’un gaz) ou poids spécifique (densité)
température du processus et température nominale du fluide
pressions à l’entrée et à la sortie de la vanne (P1 & P2) et pression nominale du processus
nature du dispositif d’entraînement et réaction souhaitée en cas de défaillance
diamètre de la canalisation, matériau constitutif de la canalisation, classe de pression et raccordement souhaité
signal d’entrée du positionneur.

Si le diamètre de la canalisation n’est pas encore fixé, la formule suivante permet de le déterminer:

di = diamètre intérieur de la canalisation (mm)

Q = débit (m³/h)

v = vitesse d’écoulement du fluide (m/s)

Le calcul par approximation de la vitesse d’écoulement d’un fluide s’effectue en fonction du type de canalisation et de l’état du fluide.

Valeurs standard de la vitesse d’écoulement :

Liquides
v = 0,5 à 1,0 m/s pour les conduites d’aspiration

v = 1,0 à 3,0 m/s pour les conduites de refoulement

Gaz
v = 10 à 30 m/s

Exemple de calcul:

Conduite de refoulement d’eau

Q = 14 m³/h

v = 2 m/s

La conduite sélectionnée doit présenter un DN50.

La section de la vanne de régulation est souvent inférieure à celle de la conduite retenue, mais cette approximation laisse à désirer.

Le dimensionnement correct d’une vanne de régulation revêt une grande importance. La capacité d’une vanne s’exprime par le coefficient de débit Kv (en Europe) ou Cv (dans les autres régions du monde). La formule simplifiée qui suit permet de calculer cette capacité:

Il s’agit de la capacité déterminée expérimentalement d’une vanne dont l’ouverture spécifique correspond à une perte de pression d’un bar lors de l’acheminement d’une eau portée à une température comprise entre 5 et 40 °C. Cette capacité s’exprime en m³/h ou en l/min.

Ci-après figure un exemple de courbe caractéristique de débit d’une vanne à bille du type 546 Pro en DN40:

Calcul du coefficient de débit Kv

Il est possible de calculer le coefficient de débit Kv en fonction des conditions connues d’exécution du processus, puis de le comparer avec la courbe caractéristique de débit de la vanne souhaitée. Ces conditions doivent se situer dans la plage de réglage (région verte de la courbe) de la vanne. Pour obtenir un dimensionnement convenable, il faut que les conditions d’exécution du processus soient réunies pour un angle d’ouverture de la vanne compris entre 20 et 80 degrés.

Si le coefficient de débit Kv calculé en fonction des conditions d’exécution du processus ne s’obtient qu’avec un angle d’ouverture inférieur à 20°, ce dernier se situe en dehors de la plage de réglage de la vanne. Dès lors, il est préférable de sélectionner une vanne de plus petite taille. Un angle d’ouverture inférieur à 20° risque d’entraîner une instabilité du réglage susceptible d’engendrer des vibrations et, partant, d’endommager la vanne ou la canalisation.

Si le coefficient de débit Kv calculé en fonction des conditions d’exécution du processus ne s’obtient qu’avec un angle d’ouverture supérieur à 80°, cet angle ne manquera pas d’entraîner une instabilité du réglage au risque de provoquer des dommages dus à la cavitation et d’engendrer des vibrations plus importantes ainsi qu’un niveau de bruit accru. En pareil cas, il est préférable d’opter pour une vanne de plus grande taille.

Exemple de calcul:

Conduite d’eau DN50

P1 = 3 bars(g)

P2 = 2 bars(g)

Q = 14 m³/h

Poids spécifique (densité) = 1

Admettons que le diamètre de la vanne soit d’une dimension inférieure à celle de la conduite, à savoir DN40.

La courbe caractéristique de débit de la vanne 546 Pro DN40 (voir courbe) révèle que le coefficient de débit Kv correspond à un angle d’ouverture de 50°, lequel se situe au beau milieu de la plage de réglage de la vanne à bille.

Les variables suivantes contribuent à déterminer le choix du type de vanne:

pression de vapeur (formation ou non de gaz)
viscosité
présence de particules en suspension et/ou cristallisation du fluide
paramètres ambiants
existence de conditions de dépression

Dans la gamme GF, les types de vannes susceptibles de remplir une mission de régulation sont les suivants:

Détail des applications envisageables

Dans le cadre de toute application comportant le transport de liquides ou de gaz le long d’une canalisation et nécessitant le maintien précis d’une variable de processus déterminée, la solution réside dans l’installation d’une vanne de régulation automatisée.

La variable de processus dont le maintien s’impose compte vraisemblablement au nombre de celles qui suivent : débit, pression, température, acidité (pH), niveau, conductivité et bien d’autres encore.

Exemples d’applications

Régulation du débit d’une canalisation au moyen de débitmètres GF et d’électrovannes à membrane (e-diastar) pilotées par une unité de commande émettant un signal de 4 à 20 mA.

Vanne pneumatique à membrane (diastar) pilotée par l’intermédiaire d’un positionneur (type DSR500) émettant un signal de 4 à 20 mA

Régulation d’un débit ou du niveau d’une cuve au moyen d’une vanne pneumatique à membrane (diastar) pilotée par l’intermédiaire d’un positionneur (type DSR500) émettant un signal de 4 à 20 mA ou bien au moyen d’une électrovanne à bille pilotée par une unité de commande émettant un signal de 4 à 20 mA ainsi que par le biais d’une série de jauges de niveau et débitmètres GF.

Pour tout savoir sur les vannes de régulation, visitez la catégorie Robinetterie.

N’hésitez pas à visiter notre site internet GF Piping Systems ou à contacter l’un de nos experts pour en savoir plus sur nos solutions.

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Installation d’eau potable hydrauliquement optimisée à l’hôpital d’Erlabrunn

Frederik Koninckx — Mon, 16 Jan 2023 10:00:00 +0000

L’hôpital d’Erlabrunn a été construit dans les années 1950. Ce fut le premier bâtiment hospitalier construit à neuf dans l’ex-République Démocratique Allemande. Le complexe s’est développé au fil des ans et il a fallu étendre régulièrement le réseau de canalisations d’eau.

L’installation existante pour l’alimentation en eau potable dans le bâtiment principal fonctionnait à des températures élevées et avec une capacité de pompage importante. Les responsables ont décidé de rétro-équiper l’installation avec un système supplémentaire de contrôle de la circulation pour garantir des conditions d’hygiène optimales sur le long terme. Les objectifs fixés étaient un équilibrage hydraulique fiable de l’ensemble du réseau d’eau potable, une situation irréprochable sur le plan hygiénique et une optimisation des besoins en énergie de la préparation d’eau chaude.

Le défi

Un impératif essentiel pour les centres hospitaliers est de disposer d’une eau potable irréprochable. Du fait de l’étendue du réseau de canalisations et de sa complexité (grandissante au fil des ans), le calcul du système hydraulique a représenté un défi particulier. Celui-ci doit fonctionner de façon fiable afin de garantir une circulation d’eau aussi uniforme que possible dans le réseau de canalisations. L’eau dans chaque canalisation doit aussi se trouver à la bonne température (l’eau chaude doit être à au moins 55 °C) pour empêcher la prolifération de micro-organismes dans l’eau.

Avec le système moderne de contrôle de la circulation Hycleen Automation, la technique sanitaire peut être pilotée directement sur le site par un panneau central doté d’une interface utilisateur intuitive, le Hycleen Automation Master.

Installation d’un système hydraulique Hycleen Automation

Le bureau d’ingénieurs Berg établi à Schwarzenberg/Erzgebirge a trouvé la solution dans le Hycleen Automation System. Ce système assure l’équilibrage hydraulique et le rinçage automatique de l’installation d’eau potable. Ceci permet de prévenir toute pollution biologique future et de garantir une eau de qualité toujours élevée. Le délai de rétro-équipement pour ce projet n’aura été que de 2 semaines.

Un pilotage sécurisé de toutes les vannes via une unité de commande centrale

Avec le système moderne de contrôle de la circulation Hycleen Automation, la technique sanitaire peut être pilotée directement sur le site par un panneau central doté d’une interface utilisateur intuitive : le Hycleen Automation Master. Il n’est plus nécessaire de régler les vannes ou les capteurs manuellement, car tout se fait automatiquement. Un dispositif maître peut commander jusqu’à 50 vannes (avec régulateur et sonde de température intégrés) et capteurs dans le circuit d’eau potable. Tous ces éléments fournissent les valeurs de mesure nécessaires pour la commande. De cette façon, la gestion de l’hygiène de l’eau potable est véritablement automatisée.

Le Hycleen Automation System surveille en permanence les températures limites, adapte en fonction de celles-ci le réglage des vannes et procède automatiquement au rinçage des canalisations. Tout ceci représente un gain de temps car l’installateur ne doit plus rien modifier lui-même après le montage.

Les régulateurs de circulation avec sonde de température s’ouvrent et se ferment de manière autonome et régulent le débit en fonction de la température de l’eau. L’équilibrage permanent dans toutes les canalisations permet d’obtenir une température de circulation d’eau constamment élevée à plus de 55 degrés.

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Fonctionnement des vannes de réduction de pression

David Boonen — Sun, 15 Jan 2023 11:02:31 +0000

Le fonctionnement des vannes de réduction de pression est diamétralement opposé à celui des vannes de maintien de pression. Les vannes de réduction de pression assurent le maintien de la pression de sortie à une valeur constante. Elles permettent de compenser les variations de pression et de maintenir un flux constant. Le fonctionnement de cette vanne de régulation est également assuré par une membrane sur laquelle s’exerce la force de rappel d’un ressort sous tension. Si la pression diminue, par exemple en raison d’une augmentation de la demande, la membrane ouvre davantage le clapet que contient la vanne en augmentant ce faisant le débit du fluide. Le clapet se referme dès que la pression exercée sur la membrane augmente.

La mise au point de ces vannes s’effectue également en ajustant la prétension d’un ressort; mais à présent, il s’agit d’obtenir la pression voulue à la sortie de la vanne.

Si la pression de sortie descend en deçà de la valeur de consigne, par exemple en raison d’un prélèvement plus important, le clapet que contient la vanne s’ouvre sous l’effet de la force exercée par le ressort sous tension. Si la pression de sortie augmente au point de dépasser la valeur de consigne, le clapet que contient la vanne est repoussé vers le haut en dépit de la force exercée par le ressort sous tension. La vanne se referme et la pression de sortie diminue en raison de la réduction, voire de l’abandon de tout apport. Ce dispositif permet de maintenir la pression constante souhaitée dans la conduite d’évacuation.

Fonctionnement, sens d’écoulement et mise au point d’une vanne à réglage automatique ou vanne de régulation de la pression GF type 582 ou GF type 586

Pour plus d’informations concernant le fonctionnement des vannes de maintien de pression, lisez également cet article.

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Fonctionnement des vannes de maintien de pression

David Boonen — Sat, 14 Jan 2023 09:14:58 +0000

Les vannes de maintien de pression s’assurent que la pression à l’entrée de la vanne demeure constante. Elles sont utilisées lorsque la pression du système doit demeurer constante ou qu’une contrepression définie doit être générée contre les pompes d’alimentation. Elles équilibrent la pulsation de pression et réduisent les pics de pression. Si la vanne est installée sur la dérivation d’un raccord en T, elle peut être utilisée comme vanne de trop-plein ou vanne de surpression.

La pression désirée est réglée au niveau de l’entrée de la vanne au moyen de la force du ressort réglable. Si la pression d’entrée augmente au-dessus de la valeur réglée, par ex. en raison du débit excessif de la pompe, le piston de la vanne est soulevé contre la force du ressort. En conséquence la vanne s’ouvre et la pression d’entrée est réduite par la conduite de sortie. Si la pression d’entrée descend en deçà de la valeur de consigne, le clapet que contient la vanne est repoussé vers le bas par la force qu’exerce le ressort. Le clapet se referme et la pression augmente à l’entrée de la vanne. Une pression constante est ainsi maintenue dans la conduite d’entrée.

Fonctionnement, sens d’écoulement et mise au point d’une vanne à réglage automatique ou vanne de régulation de la pression GF type 582 ou GF type 586

Pour plus d’informations concernant le fonctionnement des vannes de réduction de pression, lisez également cet article .

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Nouveau système de désinfection pour eau potable à l’hôpital RoMed

Frederik Koninckx — Tue, 29 Sep 2020 10:06:00 +0000

Les hôpitaux comme le RoMed requièrent des exigences hygiéniques très strictes. Étant donné la présence dans le bâtiment de nombreux patients présentant une immunité affaiblie, l’eau potable doit également être toujours exempte de bactéries pathogènes comme les légionelles. C’est pourquoi la direction de l’hôpital de Rosenheim a décidé au cours de l’été 2016 d’investir dans un système de désinfection sûr et efficace, le Hycleen Des 30.

Hygiène de l’eau potable en milieu hospitalier

L’hôpital RoMed a été inauguré en 1968. Aujourd’hui, il compte quelque 640 lits. Dans le cas particulier de grands bâtiments, comme l’hôpital RoMed, qui ont plusieurs raccordements (parfois complexes) et une consommation d’eau très variable, un grand défi consiste à préserver la totalité de l’eau potable d’une contamination microbiologique. A cela s’ajoute le fait que le RoMed et le réseau de distribution d’eau ont fait l’objet de plusieurs extensions au fil des ans.

Raccordée au réseau de distribution d’eau, l’installation Hycleen Des 30 constitue le cœur de tout le système et est pilotée de façon automatique au moyen d’une unité de commande centrale.

Solution de désinfection hautement efficace et sans risques

La nouvelle installation Hycleen Des 30 produit un agent de désinfection hautement efficace sans agents chimiques dangereux. Son dosage garantit en permanence une qualité hygiéniquement parfaite de l’eau chaude et de l’eau froide. Le Hycleen Des 30 produit dans l’installation une solution de désinfection électroactivée avec une part d’hypochlorite de sodium (Anolyte Neutre) à partir d’un sel très pur, d’eau déminéralisée et d’électricité. Le résultat ne contient donc aucune substance dangereuse, ce qui a pour avantage de ne pas imposer des exigences de sécurité plus élevées.

Le plan en 4 étapes qui garantit une qualité optimale de l’eau potable

Dosage ciblé du produit

“Garantir une eau potable exempte de germes est pour nous la priorité absolue”, déclare le Dr Birgitt Mergen, hygiéniste hospitalière à l’hôpital RoMed. Ceci explique et souligne la haute pertinence d’une installation de désinfection fonctionnant toujours de manière fiable. A cet effet, la version industrielle du Hycleen Des 30 a été installée dans les sous-sols de l’hôpital RoMed. Elle protège désormais en permanence la totalité de l’eau chaude et de l’eau froide contre les bactéries pathogènes.

Raccordée au réseau de distribution d’eau, l’installation Hycleen Des 30 constitue le cœur de tout le système et est pilotée de façon automatique via l’unité de commande centrale située sur la partie arrière. A l’arrière, le dispositif comporte en outre trois pompes de dosage pour les trois sites de dosage correspondants.
La solution de désinfection produite en permanence par le dispositif assure une action fiable contre les bactéries, élimine de manière évidente le biofilm et a un potentiel de corrosion minimal. Sa proportion permanente dans l’eau n’a aucune influence nocive.

Sur la partie arrière, le dispositif comporte trois pompes de dosage pour les trois sites de dosage correspondants. Avec une seule installation, les deux entrées d’eau froide nord et sud, ainsi que la circulation d’eau chaude bénéficient d’un apport de désinfectant.

Garantie du respect des directives
L’installation Hycleen Des 30 répond au règlement européen obligatoire relatif aux produits biocides n° 528/2012 concernant l’utilisation d’un désinfectant dans l’eau potable. Grâce à la technique de pilotage, les nouvelles valeurs limites introduites par le 19e règlement sur l’eau potable pour le chlorate dans l’eau potable sont respectées en permanence. Moyennant un dosage conforme, cet apport n’influence pas non plus la saveur de l’eau potable.

Découvrez un autre cas de référence dans lequelle s’illustre les produits Hycleen Automation ici.

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