Actionneurs électriques et pneumatiquesConcernant les vannes de canalisation : il semble que les deux types d’actionneurs soient très différents et que le choix doive se faire en fonction de la source d’alimentation disponible sur le site d’installation. Or, cette vision est en réalité biaisée. Outre les différences principales et évidentes, ils présentent également un certain nombre de caractéristiques uniques, moins évidentes.

Les actionneurs électriques et pneumatiques sont les deux mécanismes d'entraînement les plus couramment utilisés dans les systèmes d'automatisation. Le choix de l'actionneur est généralement effectué dès la phase de conception initiale et il sera utilisé jusqu'à la fin du cycle de vie du système après son installation.

Lors du choix du type d'alimentation de l'actionneur, on ne tient souvent pas compte des paramètres du fluide de traitement dans la canalisation, mais on ne s'intéresse qu'aux documents de référence internes du concepteur, à la situation de l'alimentation électrique ou à la capacité du site à fournir une grande quantité de gaz préfabriqué.

Cependant, en cours d'utilisation, on constate souvent que certaines vannes nécessitent l'ajout d'actionneurs, ou que les paramètres du fluide de process dans certaines vannes se modifient. Dès lors, la question se pose : faut-il conserver l'actionneur d'origine ou le remplacer par un autre pour améliorer les performances ?

Durée de vie plus longue

Cet article présentera et comparera les principales caractéristiques de performance des actionneurs électriques et pneumatiques.

Dans des conditions normales, les fabricants garantissent 10 000 cycles de fonctionnement pour les actionneurs électriques et 100 000 pour les actionneurs pneumatiques. De toute évidence, en termes de nombre de cycles de fonctionnement, l’actionneur pneumatique présente une durée de vie plus longue grâce à sa structure plus simple. De plus, la surface de contact de l’actionneur pneumatique est en élastomère ou en polymère, et les joints toriques et les éléments de guidage en plastique usés sont faciles à remplacer.

Un actionneur électrique comporte généralement un réducteur entre le moteur et l'arbre de sortie. Ce réducteur comprend de nombreux engrenages qui s'usent au fil du temps. Il est également important de noter qu'il n'est pas nécessaire de changer la graisse de lubrification pendant toute la durée de vie de l'actionneur pneumatique.

Couple

L'un des paramètres de performance les plus importants des actionneurs de vannes de canalisation est le couple. Le couple d'un actionneur électrique dépend de sa conception (composante constante) et de la tension appliquée au stator. Le couple d'un actionneur pneumatique dépend de sa conception (composante constante) et de la pression de l'air comprimé qui l'alimente.

En règle générale, le couple de l'actionneur doit être supérieur au couple maximal de la vanne, ou supérieur au couple nécessaire pour actionner l'élément d'obturation. En pratique, le couple réel de la vanne peut être supérieur au couple maximal indiqué par le fabricant, et également supérieur au couple maximal de l'actionneur. Il s'agit alors indubitablement d'une situation d'urgence.

Le fonctionnement continu de l'actionneur peut endommager ce dernier ainsi que la vanne. Si le couple de la vanne augmente, le moteur augmentera progressivement son couple jusqu'à atteindre la valeur limite d'arrachement. Cela signifie que la structure mécanique est soumise à un couple excessif, dépassant sa plage de conception.

protection contre le surcouple

Afin d'éviter d'endommager l'équipement dans les conditions mentionnées ci-dessus, l'actionneur électrique peut être équipé de dispositifs spéciaux. Le plus courant est le couplemètre, qui peut être mécanique (son principe de fonctionnement repose généralement sur le déplacement axial et linéaire de la vis sans fin en cas de surcouple) ou électronique (son principe de fonctionnement repose généralement sur la mesure du courant statorique ou sur l'effet Hall). Lorsque le couple dépasse la valeur maximale nominale, le couplemètre coupe l'alimentation du stator et arrête le moteur de l'actionneur. Les actionneurs pneumatiques ne nécessitent pas de protection contre les surcouples. Si le couple appliqué à la vanne dépasse la limite spécifiée, les propriétés physiques de l'air comprimé provoquent l'arrêt de l'actionneur pneumatique. Contrairement aux actionneurs électriques, le couple de sortie des actionneurs pneumatiques ne dépasse pas la limite nominale. On peut donc considérer que si la vanne de canalisation est équipée d'un actionneur pneumatique, le risque de défaillance de l'équipement dû à un dépassement du couple nominal est éliminé.

Conception antidéflagrante

En présence de matières dangereuses dans l'environnement d'utilisation, les équipements électriques peuvent provoquer une explosion. Les niveaux et méthodes de protection en milieu dangereux ne sont pas abordés dans cet article, faute de place.

Il convient néanmoins de souligner que des équipements antidéflagrants doivent être utilisés dans les environnements contenant des matières dangereuses.

Comparativement aux actionneurs électriques industriels classiques, les actionneurs électriques antidéflagrants pour vannes de canalisation sont plus coûteux et de conception plus complexe. Même en environnement dangereux, l'actionneur pneumatique ne présente aucun risque d'explosion. De plus, sa conception spécifique pour environnements dangereux se limite aux positionneurs, aux électrovannes et aux interrupteurs de fin de course (figures 1 à 3). Par conséquent, l'utilisation d'un actionneur pneumatique équipé d'un dispositif antidéflagrant pour la commande d'une vanne de canalisation s'avère nettement moins onéreuse que celle d'un actionneur électrique antidéflagrant aux fonctions identiques.

Positionnement

Les actionneurs pneumatiques présentent l'un de leurs principaux inconvénients. Lorsque l'actionneur atteint le milieu de sa course, le positionnement se complexifie, ce qui rend plus difficile le positionnement du tiroir de la vanne de régulation.

En raison des propriétés physiques de l'air, la précision de positionnement des actionneurs pneumatiques est nettement inférieure à celle des actionneurs électriques. Si l'actionneur électrique utilise un moteur pas à pas, sa précision de positionnement est plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle d'un actionneur pneumatique équipé d'un positionneur. Ce dernier ne convient qu'aux systèmes ne nécessitant pas une précision de positionnement ou de contrôle élevée. Les actionneurs pneumatiques utilisés dans les vannes de canalisation présentent des caractéristiques structurelles spécifiques : tous les composants du système de commande sont installés sur la surface externe de l'actionneur, c'est-à-dire à l'extérieur de la structure principale. Pour passer du mode arrêt au mode commande, il est nécessaire de remplacer l'électrovanne par un positionneur. Ces deux composants étant installés à l'extérieur de l'actionneur pneumatique et la conception de la surface de contact étant identique, le remplacement du distributeur et du positionneur est simplifié. En d'autres termes, un même actionneur pneumatique peut être utilisé pour l'arrêt et la commande par simple remplacement des accessoires correspondants (Figure 1-2).