De nos jours, la plupart des circuits de chauffage et de climatisation sont des systèmes en circuits fermés. Cependant, l'oxygène peut néanmoins entrer dans ces circuits par l'intermédiaire de différents matériaux intégrés aux installations, tels que les flexibles ou encore les raccords, qui, bien qu'étanches à l'eau, ne sont pas imperméables à l'oxygène. En plus de l'air, d'autres gaz, comme l'hydrogène ou le méthane, peuvent être présents dans les installations et les détériorer. La présence d'air ou de tout autre gaz dans un système hydraulique engendre du bruit, particulièrement lors du passage dans les vannes, au niveau des tuyauteries et des terminaux comme les radiateurs ou les ventilo-convecteurs. De plus, l'air est nuisible au transfert de chaleur. Il peut provoquer des dysfonctionnements, par exemple sur les radiateurs des étages supérieurs d'un bâtiment lorsque la quantité d'air est importante, entraînant partiellement l'arrêt de la circulation. Les bulles d'air nuisent à la circulation, car l'air et l'eau ne font pas bon ménage. La corrosion détériore petit à petit la matière constituant un réseau hydraulique, ce qui peut provoquer à la fois des dépôts de rouille (magnétite) et de l'érosion par action de molécules corrosives et abrasives. Les bulles d'air multiplient le risque d'érosion.
Les gaz dans l'eau peuvent se présenter sous forme dissoute ou sous forme de bulles libres. Sous l'influence de la pression et de la température, les poches d'air peuvent, en partie, se dissoudre dans l'eau, ce qui entraîne une saturation en gaz excessive de l'eau. La diminution de solubilité qui en découle provoque la libération de bulles qui seront véhiculées dans toute l'installation.
Lors du remplissage de l'installation, l'eau pousse l'air vers le haut, l'air étant logiquement plus léger. Ces poches d'air, souvent nombreuses et très petites, sont presque invisibles à l'œil nu. Ces microbulles sont transportées par l'écoulement, mais s'accumulent également au contact de corps étrangers présents dans l'eau afin de former des bulles plus grandes. Lorsqu'elles adhèrent à certaines surfaces, leur séparation devient encore plus difficile.
L'air ne pénètre jamais par hasard dans un système hydraulique ; sa présence est toujours la conséquence d'erreurs ou de conditions non optimales. Par exemple, dans une installation d'irrigation agricole remise en service après plusieurs mois d'inactivité, un remplissage rapide sans purge a emprisonné de grandes quantités d'air. Les arroseurs n'ont alors pas distribué l'eau uniformément, laissant de vastes zones de terrain sèches et provoquant des pertes économiques.
Les signes de la présence d'air dans les circuits hydrauliques sont généralement assez évidents et, s'ils sont négligés, s'aggravent et peuvent causer des dommages. Dans un immeuble, les résidents des étages supérieurs ont pu signaler une eau intermittente et une pression irrégulière. Le problème n'était pas dû à une panne de la pompe, mais à la présence d'air dans les colonnes montantes.
La présence d'air compromet la transmission de l'énergie fluide, provoquant cavitation, vibrations et surchauffe. Les causes les plus fréquentes comprennent un remplissage trop rapide sans purge, des microfuites dans les raccords, des joints usés, des variations de température et l'absence de purgeurs automatiques. Les symptômes typiques sont des bruits dans les tuyaux (gargouillis ou coups de bélier), un débit d'eau irrégulier, des chutes de pression et des pompes qui se désamorcent ou cavitent.
Il est crucial de distinguer l'aération de la cavitation, une confusion fréquente chez de nombreux techniciens d'entretien. L'aération est parfois appelée pseudo-cavitation.
La cavitation est la formation et l'effondrement de cavités dans le liquide. Lorsque le fluide hydraulique est pompé à partir d'un réservoir, une chute de basse pression se produit du côté aspiration de la pompe. Le mouvement des engrenages rotatifs entraîne une chute de pression sur la ligne d'aspiration. La différence de pression résultante entre le réservoir et l'entrée de la pompe provoque le passage du fluide de la pression supérieure à la pression inférieure. Tant que la différence de pression est suffisante et que le chemin d'écoulement est clair, l'opération fonctionne bien, mais tout ce qui réduit le flux d'entrée peut créer des problèmes. L'huile hydraulique contient environ 9% d'air dissous. Lorsqu'une pompe ne reçoit pas assez d'huile, l'air est retiré de l'huile. Ces bulles d'air se déplacent dans la pompe et éventuellement s'effondrent et implosent lorsqu'elles atteignent une zone de pression relativement élevée. Toute augmentation de la vitesse du fluide peut entraîner une cavitation. La vitesse du fluide est inversement proportionnelle à la taille de la ligne hydraulique. La plupart des pompes ont une ligne d'aspiration plus large que la ligne de pression. Ceci permet de réduire la vitesse d'entrée, ce qui rend très facile l'entrée d'huile dans la pompe. Tout blocage, tel qu'un filtre ou un filtre d'aspiration bouché, peut entraîner la cavitation de la pompe.
Un consultant a été appelé à une usine en Géorgie qui avait changé cinq pompes sur une machine en moins d'une semaine. La première chose qui a été notée était un bruit de gémissement aigu, entendu toutes les 20 à 30 secondes. Les mécaniciens avaient changé la ligne d'aspiration, et bien qu'une colonne d'aspiration ait été montrée sur le schéma, aucune n'a été trouvée dans la ligne. La machine a alors été fermée et le réservoir a été évacué pour être nettoyé. Il a été découvert un capuchon de reniflard bouché, cause commune de cavitation, qui peut conduire à une chute de pression dans le réservoir. Dans une usine de contreplaqué en Oregon, un tuyau a été rompu sur un tour, entraînant une perte de 150 gallons d'huile dans le réservoir. Une fois le tuyau changé, le technicien de lubrification a enlevé l'un des bouchons de reniflard pour remplir le réservoir. Pendant le remplissage, un changement d'équipe s'est produit, et le technicien de lubrification du deuxième étage a repris. Une fois le réservoir rempli, ce dernier a installé un bouchon de tuyau sur les fils où le capuchon de reniflard était situé à l'origine. Le résultat fut qu'une des pompes de l'unité a échoué dans les quelques heures suivant le démarrage en raison de la cavitation.
Les températures extrêmes de l'huile peuvent également provoquer une cavitation. Des températures élevées permettent de former des cavités de vapeur avec moins de chute de pression, tandis que les basses températures augmentent la viscosité de l'huile, rendant plus difficile l'introduction de l'huile dans la pompe. En outre, la cavitation peut résulter si la vitesse du variateur est trop élevée pour la pompe, car la pompe essaie de fournir plus d'huile qu'elle ne peut en faire pénétrer dans son orifice d'aspiration. Les systèmes à haute altitude sont également sensibles à la cavitation, car la pression atmosphérique disponible peut être insuffisante.
L'aération se produit chaque fois que de l'air extérieur entre dans le côté aspiration de la pompe. Cela produit un son plus erratique que celui de la cavitation. Le bruit de gémissement peut être augmenté par un son semblable à celui des billes ou du gravier traversant l'intérieur de la pompe. Si l'huile dans le réservoir est visible, de l'écume peut être observée.
L'aération est souvent causée par une fuite d'air dans la ligne d'aspiration. La pression dans la ligne d'aspiration est inférieure à la pression atmosphérique, donc s'il y a une fuite dans la conduite d'aspiration, l'huile ne fuira pas, mais l'air s'infiltrera. Si vous soupçonnez une fuite d'air, appliquez de l'huile sur tous les raccords et connexions dans la ligne d'aspiration. Si le son de l'aération s'arrête brièvement, vous avez trouvé votre fuite.
Un consultant a été invité à diagnostiquer plusieurs pannes de pompe sur un système dans une usine de fabrication d'automobiles. En arrivant à l'unité, il a entendu un bruit irrégulier et persistant. Il a également remarqué plusieurs raccords dans la ligne d'aspiration. Il a demandé à l'un des mécaniciens de remplir une bouteille d'huile et de l'appliquer autour de tous les raccords. Lorsque l'huile a été appliquée à un raccord, la pompe s'est calmée momentanément.
Un mauvais joint d'arbre sur une pompe à déplacement fixe est une autre cause commune d'aération. Si vous soupçonnez un mauvais joint d'étanchéité, vaporisez une crème à raser autour du joint. Dans une fabrique de papier, de la mousse est sortie du réservoir de bûches de bois peu de temps après le démarrage de la pompe à déplacement fixe. Après avoir effectué le test de la crème à raser, il a été confirmé que le joint d'étanchéité était usé.
Des raccords incorrectement serrés ou alignés dans la ligne d'aspiration peuvent également provoquer une aération. Une rotation incorrecte de l'arbre peut ne pas être un problème avec toutes les pompes, mais certaines peuvent s'aérer si elles sont retournées. La plupart des pompes ont un sens de rotation estampillé ou indiqué sur un autocollant sur le carter de la pompe. Souvent, lorsqu'une pompe est reconstruite, cet autocollant est retiré. Il faut toujours vérifier le numéro de pièce de la nouvelle pompe à installer avec l'ancienne pompe. Souvent, un numéro ou une lettre indiquera s'il s'agit d'une rotation à droite ou à gauche. Si vous n'êtes pas sûr, retirez la ligne de sortie de la pompe et dirigez-la vers un récipient. Ne jamais tenir cette ligne, car cela pourrait être une situation dangereuse. Il faut faire fonctionner momentanément le moteur électrique.
L'aération peut également résulter d'un faible niveau de liquide. Le niveau d'huile ne devrait jamais tomber plus de 2 pouces au-dessus de la ligne d'aspiration. Si tel est le cas, un vortex peut se former, tout comme lors du drainage d'une baignoire.
Afin de remédier aux problèmes d'air, plusieurs options s'offrent aux techniciens. D'une manière automatique, les purgeurs évacuent les gaz accumulés vers l'extérieur. Pour ce faire, l'eau doit pouvoir stagner, au risque de voir les gaz entraînés par l'écoulement. C'est la raison pour laquelle les purgeurs installés directement sur des conduites ne purgent que très rarement lorsque les pompes de circulation fonctionnent. En présence d'air, le flotteur muni d'un pointeau se trouve dans la partie basse du purgeur, ce qui permet d'évacuer l'air. Quand la pression de l'eau est suffisante, le flotteur est dans la partie haute et le pointeau ferme le purgeur.
Les séparateurs d'air classiques consistent, par action centrifuge (perturbations), à ralentir de manière drastique la vitesse d'écoulement de l'eau. Ils peuvent être conçus de manière très compacte et sont adaptés au dégazage en fonctionnement.
Le vase d'expansion a pour rôle d'absorber et de compenser la dilatation de l'eau, ainsi que de maintenir la pression constante en tout point du réseau. Il est essentiel de faire très attention au choix du modèle de vase. La pression de gonflage du vase doit s'adapter à chaque installation de climatisation ou de chauffage, en tenant compte de la hauteur manométrique et de la température moyenne. Pour l'installation, il est recommandé que le vase soit doté d'une vessie d'excellente qualité, telle que la vessie en caoutchouc de butyle, qui permet une résistance optimale à la pression.
L'air se supprime par une purge contrôlée et l'installation de purgeurs automatiques aux points critiques du système. Dans les installations plus complexes, l'utilisation de séparateurs d'air à haute efficacité est recommandée. Les solutions les plus avancées incluent des purgeurs intelligents avec capteurs, des séparateurs anticorrosion, des joints à étanchéité améliorée et des systèmes IoT surveillant en temps réel la pression et la cavitation.
Une approche moderne et complète est nécessaire, combinant une conception hydraulique correcte, une installation précise, une maintenance planifiée et l'utilisation de technologies innovantes.
L'air joue également un rôle vital dans le système de refroidissement des pompes hydrauliques. Les pompes hydrauliques fonctionnent en convertissant l'énergie mécanique en énergie hydraulique, un processus qui génère beaucoup de chaleur. Si cette chaleur n'est pas correctement gérée, elle peut entraîner une modification de la viscosité du liquide hydraulique, affectant l'efficacité de la pompe, et endommager les composants, entraînant des réparations coûteuses et des temps d'arrêt.
L'une des principales façons dont l'air aide au refroidissement est par convection, le transfert de chaleur par le mouvement d'un fluide. Lorsque la pompe hydraulique se réchauffe, l'air ambiant près de la pompe est également chauffé. Cet air chaud s'élève car il est moins dense que l'air plus frais environnant. Pendant que l'air chaud monte, l'air plus frais vient prendre sa place. Ce processus de convection naturelle peut être amélioré par l'utilisation de ventilateurs. Les ventilateurs, axiaux ou centrifuges, sont couramment utilisés dans les systèmes de refroidissement des pompes hydrauliques. Ils forcent l'air à se déplacer à travers la pompe et ses composants à une vitesse plus élevée que ne le permettrait la convection naturelle, aidant ainsi à éliminer la chaleur plus efficacement.
La conception du boîtier de la pompe et des ailettes de refroidissement est également importante. Le boîtier est souvent conçu avec des ailettes de refroidissement qui augmentent la surface exposée à l'air. Plus la surface est grande, plus la chaleur peut être transférée de la pompe à l'air, à l'instar d'un radiateur de voiture.
La qualité de l'air est également essentielle pour un système de refroidissement efficace. L'air sale ou chargé de poussière peut obstruer les ailettes de refroidissement et réduire le flux d'air, entraînant une surchauffe de la pompe. C'est pourquoi de nombreux systèmes sont équipés de filtres à air pour retirer les contaminants avant qu'ils n'atteignent la pompe.
En dehors du refroidissement, l'air peut être utilisé dans certains systèmes pour créer un effet d'amorti, réduisant ainsi les chocs et les vibrations que la pompe subit pendant le fonctionnement.
Lors du dépannage des problèmes de pompe hydraulique, il est conseillé d'effectuer d'abord les contrôles visuels et sonores, car ils sont les plus faciles à réaliser. Il est important de se rappeler que l'aération et la cavitation produisent des sons différents. Souvent, la cause du problème peut être déterminée avant même de commencer les interventions mécaniques.
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