Que sont les vannes électromagnétiques ?

Les vannes électromagnétiques (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 autour d'un tube central avec un piston de fermeture mobile. Le rôle de la bobine est de créer un champ magnétique à l'aide du courant électrique qui la traverse, ce qui déplace ensuite le piston pour ouvrir ou fermer la vanne. Les vannes électromagnétiques utilisent ainsi le courant électrique pour le transformer en mouvement linéaire.

L'utilisation des vannes électromagnétiques est très variée. Elles conviennent aux applications pour les milieux liquides et gazeux. Elles servent à fermer, ouvrir, doser, distribuer ou mélanger dans les systèmes de distribution. Parmi les utilisations classiques, on trouve les systèmes de chauffage, l'irrigation, les stations de lavage, les lave-vaisselles et lave-linges, les systèmes de refroidissement et de climatisation, la médecine, la dentisterie, les équipements de nettoyage industriel et les réservoirs d'eau.

Les vannes électromagnétiques peuvent être trouvées dans une version à deux voies classique, ou dans des constructions plus complexes à trois voies et plus, servant à commuter les flux et à mélanger. Les corps des vannes sont le plus souvent fabriqués en laiton, acier inoxydable, aluminium ou même en plastique. Avant de choisir, il est toujours bon de vérifier si le matériau en question convient à l'utilisation prévue et est compatible avec le milieu donné.

Construction de la vanne

Une vanne électromagnétique se compose d'un corps de vanne sur lequel est montée une bobine. L'entrée et la sortie sont équipées de raccords pour permettre de connecter la vanne à la tuyauterie. À l'intérieur du corps de la vanne, on trouve un anneau de blindage, un ressort, un piston et un joint ou une membrane.

Ouvert ou fermé ?

Les deux principales catégories de vannes solénoïdes sont NO et NC - normalement ouvert et normalement fermé. Lorsqu'un courant électrique agit sur la bobine, un champ magnétique est créé, dont la force dépend du courant, du nombre de tours de fil et du matériau du noyau mobile également appelé piston. Le champ magnétique déplace ce piston et ferme ou ouvre ainsi la vanne. Sans courant, la vanne peut donc être soit fermée, soit ouverte.

Dans le cas d'une vanne normalement fermée, lorsque le courant est activé, le piston est tiré vers le haut grâce au champ magnétique. La vanne s'ouvre ainsi et le flux du milieu est permis. La force du champ magnétique soulève le piston contre le ressort, qui le pousse à l'inverse vers le bas. Lorsque le courant est interrompu, le champ magnétique disparaît et le ressort pousse à nouveau le piston dans sa position initiale. La vanne est ainsi fermée. C'est la variante la plus utilisée pour des raisons de sécurité en cas de coupure de courant.

Une vanne normalement ouverte permet le passage du milieu sans courant activé. Le piston est ainsi toujours tiré vers le haut et le milieu 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 principalement utilisée dans les applications où il est plus économe en énergie de garder la vanne ouverte pendant une longue période.

Commande directe ou indirecte de la vanne ?

Les vannes solénoïdes diffèrent également par la manière dont elles sont commandées. Elles peuvent être commandées directement, où la bobine ouvre directement l'espace de passage de la vanne, ou commandées indirectement, c'est-à-dire contrôlées par la différence de pression entre l'entrée et la sortie. Elles 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. Lorsque l'alimentation est interrompue, le ressort pousse le piston et celui-ci ferme l'ouverture 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 utilisées plutôt pour de petits débits, où la pression n'est pas si élevée. Elles ne nécessitent aucune pression ni différence de pression pour fonctionner et peuvent donc être utilisées même à pression nulle dans les conduites.

Vannes à commande indirecte

Les vannes à commande indirecte, parfois appelées vannes pilotes, fonctionnent sur le principe de la 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'ouverture d'entrée et de sortie. Dans la membrane, il y a un petit orifice d'équilibrage par lequel le milieu peut s'écouler dans la chambre au-dessus de la membrane depuis l'entrée. Cela permet d'équilibrer la pression agissant sur la membrane et la membrane reste en position de fermeture. Prenons à nouveau l'exemple d'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. La membrane ferme ainsi la vanne et le milieu ne peut pas s'écouler. 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 milieu de s'écouler 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 donc maintenant plus élevée. Elle soulève donc la membrane, permettant ainsi au milieu 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 opposé.

Ces vannes conviennent pour des débits plus importants.

Vanne à deux voies ou à trois voies ?

Les vannes à deux voies font partie des vannes électromagnétiques les plus basiques. Sur leur corps, une flèche indique la direction du flux du milieu. 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, par exemple pour le mélange. Pour cela, on utilise des vannes à trois voies ou plus.

Une vanne à trois voies possède trois ports pour se connecter au système de distribution. Elle peut donc basculer entre deux circuits ou mélanger deux circuits ensemble. Certaines vannes peuvent effectuer ces deux fonctions, selon ce qui est le plus nécessaire à ce moment-là. La vanne est toujours connectée à deux ports à la fois, à travers lesquels le milieu circule à ce moment-là.

Fonction de distribution de la vanne

Le milieu s'écoule par l'orifice d'entrée. La bobine décide par quelle sortie le milieu s'écoulera. Sans courant, le milieu s'écoulera par la sortie supérieure. Si la bobine est sous tension, le piston sera tiré vers le haut, fermant ainsi le chemin vers la sortie supérieure, mais ouvrant le chemin vers la sortie inférieure. Le milieu sera ainsi redirigé vers la deuxième sortie.

Fonction de mélange de la vanne

Dans ce cas, la vanne a deux entrées et une sortie. La bobine décide de quelle sortie le milieu s'écoulera à ce moment-là. Sans courant, le milieu s'écoulera de l'entrée supérieure vers la sortie. Sous tension, la bobine tire le piston vers le haut, empêchant ainsi l'écoulement depuis l'entrée supérieure et ouvrant l'accès au milieu depuis l'entrée inférieure.

Fonction universelle de la vanne

La vanne fonctionne dans les deux sens. Soit comme une vanne de distribution, soit comme une vanne de mélange. Cependant, seuls deux ports sont toujours en fonctionnement.

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Alimentation des bobines

Les bobines sont alimentées soit par courant continu, soit par courant alternatif. Les bobines pour courant continu ont plus de tours que les bobines pour courant alternatif. Elles sont moins sensibles aux impuretés et la force de levage reste la même en position initiale et levée. Cependant, l'énergie consommée et la force magnétique des bobines à courant continu dépendent de la température. Pour les bobines à courant alternatif, la dépendance est moindre, mais elles sont plus sensibles aux impuretés qui peuvent provoquer un bourdonnement de la bobine. Elles se caractérisent par une vitesse de commutation plus rapide. En cas de blocage du piston, la bobine peut surchauffer. À la même tension, la résistance d'une bobine à courant alternatif est inférieure à celle d'une bobine à courant continu.

La plage de tension des bobines est large. Pour le courant continu, la tension varie entre 12-48 V, pour le courant alternatif, les plages de tension sont comprises entre 110-230 V. Les vannes électromagnétiques sont généralement vendues avec la bobine, mais il est également possible de trouver des vannes sans bobine. Les bobines sont entièrement remplaçables et pour chaque vanne, vous pouvez trouver une bobine de rechange si jamais celle existante cesse de fonctionner. Le remplacement est rapide et facile.

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Quelles sont les différences entre les matériaux de joint ?

Le matériau du joint et de la membrane doit toujours être compatible avec le milieu donné. Pour différents milieux, un type de joint différent est toujours plus approprié.

NBR - ou caoutchouc nitrile est d'origine synthétique. Il se caractérise par une haute résistance à l'usure. C'est un élastomère avec une grande force de traction. Le risque de déformation est très faible. Il est adapté pour les liquides à base d'eau et de glycol, pour les huiles et pour les milieux gazeux tels que l'air. La température doit être comprise entre -10 et +90/100 °C.

EPDM - caoutchouc d'éthylène-propylène. Il se caractérise par une haute 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 pour le NBR, de -30 ° à +140 °C. L'EPDM est principalement utilisé pour les liquides à base d'eau et de glycol et pour les applications à vapeur.

ViTON - pour des applications avec une plage de température de -15 à 220 °C. C'est un matériau en caoutchouc fluoré avec une résistance à un grand nombre de produits chimiques, tels que les huiles minérales, l'ozone, les carburants, les solvants organiques et autres. Il se caractérise par d'excellentes compétences d'isolation et une résistance au vide. Il n'est pas très flexible et s'use facilement.

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

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