Vanne pneumatique vs électrovanne : quelles sont les différences ?

En matière de contrôle des fluides, deux types de vannes de régulation sont généralement utilisés : les vannes pneumatiques et les électrovannes. Bien que leurs fonctions soient similaires (ouverture, fermeture et régulation du débit), leur fonctionnement diffère considérablement selon leurs caractéristiques et les conditions environnementales optimales. Le choix entre ces deux options peut s'avérer complexe pour les ingénieurs et les responsables des achats. C'est pourquoi nous avons élaboré un guide détaillé des différences techniques entre les vannes pneumatiques et les électrovannes, afin de vous aider à faire le meilleur choix pour votre secteur d'activité.

1. Qu'est-ce qu'une vanne pneumatique ?

Comme toute autre vanne, une vanne pneumatique contrôle le débit d'un fluide. La principale différence entre une vanne manuelle et une vanne pneumatique réside dans le mode d'application du couple. Une vanne manuelle utilise des moteurs et des engrenages, ou parfois un couple appliqué manuellement, pour ouvrir la vanne ou diriger le flux. En revanche, une vanne pneumatique utilise de l'air comprimé ou un gaz pour fournir la force nécessaire à son ouverture ou sa fermeture, en exploitant la différence de pression.

La vanne pneumatique comprend trois parties principales : l’actionneur, le piston et le tiroir. Pour actionner la vanne ou diriger le flux, un signal est envoyé par l’air comprimé à l’actionneur, généralement un piston ou une membrane. L’air comprimé pénètre alors dans la chambre, qui est souvent un piston ou une membrane, et actionne le piston en surmontant la force du ressort interne ou les frottements qui entraînent le déplacement de la tige reliée au tiroir ou au clapet. Ce mouvement permet l’ouverture, la fermeture et l’inversion du sens de circulation du fluide.

Ces vannes sont utilisées dans les secteurs industriels où la pression des fluides est extrêmement élevée et où leur fermeture manuelle ou motorisée devient pratiquement impossible. Fonctionnant grâce à la pression de l'air, les vannes pneumatiques peuvent générer une force considérable, ce qui les rend idéales pour les industries exigeant une pression de fluide élevée pour l'ouverture ou la fermeture des vannes.

2. Types de vannes pneumatiques

Il existe plusieurs types de vannes pneumatiques sur le marché, classées selon leur fonction et leur conception spécifiques, qui définissent leur application. Vous trouverez ci-dessous une liste de quelques types de vannes pneumatiques qui vous permettront de comprendre leurs caractéristiques :

• Distributeurs pneumatiques : Ce sont les distributeurs pneumatiques les plus courants. Leur fonction principale est de diriger le flux d'air vers différents points. Selon les applications, on les classe souvent en fonction du nombre d'orifices et de positions de commutation, par exemple les distributeurs 5/2 et 3/2 voies.

• Clapets anti-retour : ceux-ci permettent à l'air comprimé de circuler dans une seule direction, empêchant ainsi le reflux qui pourrait endommager le compresseur ou d'autres composants.

• Vannes de régulation de débit : Celles-ci régulent le volume d’air qui les traverse, contrôlant ainsi la vitesse de l’actionneur ou du vérin pneumatique.

• Soupapes de décharge de pression : essentielles à la sécurité, ces soupapes évacuent l’air si la pression du système dépasse une limite de sécurité prédéfinie.

• Vannes navettes : celles-ci permettent le passage du flux de l’une des deux sources vers une sortie, réalisant essentiellement une fonction logique « OU » dans les circuits pneumatiques.

3. Qu'est-ce qu'une électrovanne ?

Une électrovanne est une vanne qui fonctionne uniquement grâce aux lois de l'électromagnétisme. Son principe de fonctionnement repose sur le passage d'un courant électrique à travers un solénoïde enroulé autour du plongeur.

Le mécanisme de fonctionnement repose sur la création d'un électroaimant. Lorsqu'un courant traverse le noyau ferromagnétique ou le piston, il génère un champ magnétique autour de celui-ci. Ce champ magnétique attire le piston vers le haut, surmontant la résistance du ressort et provoquant l'ouverture instantanée de la vanne. À la coupure du courant, le champ magnétique disparaît et le ressort interne repousse violemment le piston, fermant ainsi la vanne.

Les électrovannes sont souvent les éléments centraux de l'automatisation industrielle. Elles reçoivent des signaux de l'automate programmable ou d'un ordinateur, qui détermine si le réservoir est vide ou plein, et l'électrovanne convertit ces signaux électriques en signaux physiques, ouvrant ou fermant ainsi la vanne. Elles sont particulièrement performantes dans les domaines où la rapidité et la précision sont primordiales.

4. Types d'électrovannes

Les électrovannes sont généralement classées en deux grandes catégories selon leur mode de gestion de la pression.

• Électrovannes à action directe : Dans ce type d’électrovanne, l’aimant assure l’ouverture. La force magnétique générée par l’électrovanne attire le piston pour ouvrir la vanne. Cette caractéristique permet à l’électrovanne de fonctionner indépendamment de la pression du fluide, ce qui la rend idéale pour les applications à faible débit et basse pression, ou encore sous vide. Toutefois, en cas de pression d’eau extrêmement élevée, les aimants peuvent s’avérer insuffisants pour soulever le piston.

• Électrovannes à commande indirecte (pilotées) : Ces électrovannes sont idéales lorsque la force magnétique est faible et qu'il est nécessaire d'ouvrir la vanne. Leur fonctionnement repose sur un solénoïde qui crée un petit orifice pilote (ou une fuite), lequel utilise la pression de l'eau pour ouvrir la vanne. Ces électrovannes sont particulièrement adaptées aux applications à haute pression. En revanche, à basse pression, elles peuvent ne pas fonctionner.

• Électrovannes 2 voies, 3 voies et 4 voies : à l’instar des vannes pneumatiques, les électrovannes peuvent être classées selon le nombre d’orifices. Une électrovanne 2 voies simple assure l’ouverture et la fermeture de la vanne. Les électrovannes 3 voies et 4 voies permettent de commander des vérins ou des actionneurs.

5. Électrovanne ou vanne pneumatique : laquelle est la meilleure ?

Lorsqu'il s'agit de choisir entre les deux types de vannes, à savoir une vanne pneumatique ou une vanne solénoïde, la différence réside principalement dans les exigences et les applications spécifiques du secteur, notamment en matière de sécurité, de disponibilité de l'énergie et de force requise.

Avantages de la vanne pneumatique

• Sécurité en environnements dangereux : Fonctionnant à l’air comprimé, ces vannes ne présentent aucun risque d’étincelles électriques. Elles constituent ainsi le choix de référence pour les industries pétrolières et gazières, minières et chimiques (zones ATEX).

• Capacités de force élevées : les actionneurs pneumatiques peuvent générer un couple/une force nettement supérieure à celle des solénoïdes standard, ce qui leur permet de contrôler des tuyaux de très grand diamètre et des conduites à haute pression.

• Durabilité : Les composants pneumatiques sont robustes. Ils peuvent supporter des températures plus élevées et des environnements plus sales que les bobines électroniques délicates.

• Rentable à grande échelle : si une installation dispose déjà d’un système d’air comprimé centralisé, l’ajout de vannes pneumatiques est souvent moins coûteux que le câblage de lignes électriques individuelles pour les actionneurs électriques.

Avantages de l'électrovanne

• Rapidité et précision : les électrovannes offrent des temps de réponse extrêmement rapides, souvent de l’ordre de la milliseconde. C’est un atout essentiel pour des applications telles que les machines de tri ou les systèmes de dosage.

• Facilité de contrôle : Ils s’interfacent directement avec les contrôleurs électroniques tels que les automates programmables et les objets connectés. Il n’est pas nécessaire de convertir au préalable un signal électrique en signal radio.

• Conception compacte : les solénoïdes sont généralement plus petits et plus légers qu’un système d’actionneur pneumatique, qui nécessite la vanne et un actionneur.

• Efficacité énergétique (au point d'utilisation) : Bien que le maintien d'un solénoïde ouvert consomme de l'énergie, il ne nécessite pas le fonctionnement constant d'un compresseur d'air, qui est notoirement inefficace en termes de conversion d'énergie.

6. Intégration des deux vannes dans les systèmes pneumatiques à commande par solénoïde

Dans le cas de procédés industriels complexes, notamment ceux à débit élevé comme les centrales électriques, les raffineries de pétrole et les stations d'épuration, les systèmes pneumatiques à commande par solénoïde sont indispensables. Dans ces applications, la question n'est pas de savoir quelle vanne est la meilleure, mais comment elles peuvent fonctionner ensemble.

La plupart des électrovannes industrielles fonctionnent à haute vitesse pour la commande marche/arrêt. Cependant, leur force est insuffisante pour actionner les vannes industrielles lourdes. Elles utilisent donc un faible courant d'air qui déclenche la vanne pneumatique. Alors qu'une électrovanne standard est soit complètement ouverte, soit complètement fermée, une vanne pneumatique associée à un positionneur peut se maintenir à 25 %, 50 % ou 75 % d'ouverture avec une graduation fluide et précise.

Les ingénieurs combinent l'utilisation des deux vannes pour obtenir une réponse électronique instantanée du solénoïde afin de fournir une force mécanique de modulation massive pour un actionneur pneumatique.

8. Conclusion

Lorsqu'il s'agit de choisir entre une vanne pneumatique et une vanne solénoïde, la question n'est pas toujours de savoir quelle technologie est la meilleure, mais plutôt laquelle correspond le mieux aux exigences de votre secteur d'activité.

• Choisissez une électrovanne si vous recherchez rapidité, précision, intégration électrique directe, format compact et si votre application implique de travailler avec des tuyaux de petit diamètre et dans des conditions standard.

• Les vannes pneumatiques sont particulièrement adaptées aux applications nécessitant une force importante, aux opérations se déroulant dans des conditions dangereuses ou explosives, et au contrôle du débit des fluides dans les grands pipelines industriels.

Comprendre clairement les différences entre les deux types de vannes est essentiel pour choisir celle qui convient le mieux à votre application industrielle. Cela garantit le fonctionnement sûr, efficace et économique de votre système d'automatisation.

Une fois votre choix arrêté entre vanne pneumatique et électrovanne, la dernière étape consiste à sélectionner un partenaire ou un fournisseur qui maîtrise vos applications industrielles. Nous vous recommandons Titan Automation . Leur gamme de vannes de commande directionnelle et d'automatisation haut de gamme est parfaitement adaptée à vos besoins industriels spécifiques, vous garantissant ainsi de trouver la vanne idéale pour chaque situation.

9. FAQ

Q1. Les électrovannes sont-elles plus chères que les vannes pneumatiques ?

Le choix dépend généralement de la taille et de l'application. Pour les petites dimensions (moins de 2,5 cm), les électrovannes sont généralement plus économiques et plus faciles à installer car elles ne nécessitent pas de compresseur d'air. En revanche, pour les grandes vannes industrielles (10 cm et plus), les électrovannes sont relativement chères et plus lourdes. Dans ce cas, un système de vannes pneumatiques est considéré comme une option plus rentable.

Q2. Quelle est la rapidité de réponse des électrovannes par rapport aux vannes pneumatiques ?

L'ouverture et la fermeture d'une électrovanne sont quasi instantanées, prenant généralement entre 5 et 50 millisecondes. Une vanne pneumatique est également considérée comme rapide : son ouverture et sa fermeture prennent environ 100 millisecondes à plusieurs secondes, selon la longueur du tuyau d'air et le volume de l'actionneur.

Q3. Les électrovannes peuvent-elles être utilisées avec n'importe quel type de fluide ?

Pas nécessairement. Le fluide doit être compatible avec le matériau de l'électrovanne, généralement en laiton ou en acier inoxydable, et avec celui des joints, généralement en NBR, Viton ou PTFE. De plus, les électrovannes classiques sont peu performantes avec les fluides chargés de particules ou les boues, car certaines particules peuvent se loger dans la zone du piston magnétique. L'utilisation d'électrovannes est déconseillée en atmosphères dangereuses ou explosives. Dans ce type d'applications, les vannes pneumatiques sont généralement considérées comme plus performantes et plus tolérantes aux variations de débit des fluides exigeants.

Q4. Quelle est la durée de vie d'une vanne pneumatique ?

La durée de vie d'une vanne pneumatique se mesure généralement en cycles. Une vanne pneumatique de haute qualité peut généralement durer entre 10 et 50 millions de cycles, selon son application et le fluide véhiculé. Sa durée de vie est supérieure à celle d'une électrovanne, car les bobines de cette dernière finissent par griller.