Hydraulique

 

Circuit hydraulique 

A/L’hydraulique :

Tout d’abord, il importe de bien définir ce qu’est l’hydraulique. La génération de forces et de mouvements par des liquides sous pression est une définition très juste de l’hydraulique moderne. Donc, le liquide est ici le fluide de transmission de l’énergie (comparativement à l’air comprimé en pneumatique). Le liquide et une huile synthétique spéciale dont la température de service doit être comprise entre 30 et 70°C.On retrouve l’hydraulique dans une panoplie fort impressionnante de domaines d’application. Par ailleurs, on distingue deux types d’application, soit:·       l’hydraulique stationnaire;
·       l’hydraulique mobile.
L’hydraulique stationnaire se retrouve principalement dans les installations qui sont fixes. D’ailleurs, en voici quelques exemples:·       les dispositifs de levage;
·       les machines-outils modernes;
·       les lignes de transfert;
·       les différents modèles de presse industrielle;
·       les ascenseurs;
·       etc.
L’hydraulique mobile, pour sa part, équipe différents véhicules qui peuvent se déplacer aisément. On la retrouve dans les applications suivantes:·       les véhicules que l’on retrouve sur les chantiers de construction;
·       les véhicules à bennes basculantes;
·       les engins agricoles;
·       etc.
Il est vrai que l’utilisation de l’hydraulique en industrie présente de multiples avantages, notamment:·       la mise en oeuvre d’efforts importants;
·       l’utilisation de petits composants (versus l’effort déployé);
·       un positionnement précis;
·       la possibilité de démarrer un cycle en pleine charge;
·       le fluide est pratiquement incompressible (0,5 % à 1000 PSI);
·       une bonne dissipation thermique.
Par contre, l’hydraulique ne possède pas que des avantages. Voici donc ce qu’on lui reproche:·       source d’encrassement (par les fuites d’huile);
·       risque d’incendies et d’accidents plus élevé;
·       mise en oeuvre de pressions élevées qui sont dangereuses;
·       faible rendement;
·       sensibilité aux changements de température (modification de la viscosité).

B/Lois et propriétés physiques de l’hydraulique :

En hydraulique, on distingue deux types d’effort ayant trait au fluide, soit:·       l’hydrostatique;
·       l’hydrodynamique.
L’hydrostatique est définie comme étant l’effort résultant du produit de la pression par la surface.L’hydrodynamique est plutôt l’effort qui résulte du produit de la masse par l’accélération, ce qui implique que le fluide doit être en mouvement.

1/La pression hydrostatique :

La pression hydrostatique est la pression que l’on retrouve à l’intérieur d’un liquide. Celle-ci est générée par le poids de la masse du liquide ayant une hauteur donnée (Equation ‎0-1).P_s = h * r * g
où:·       P_s = pression hydrostatique (en Pascal)
·       h = hauteur du liquide (en mètre)
·       r = masse volumique du liquide (kg/m³)
·       g = accélération gravitationnelle (m/s²)Exemple :   Réservoir soulevé
h=5m ; r=1000Kg/m³ ; g=9.81m/s²  ;
P=r.g.h=3000000Pa =30bar

/La loi de Pascal :

Au XVII siècle, Blaise Pascal a énoncé une loi qui est à la base de la pneumatique moderne:Lorsqu’une pression est exercée en un point quelconque d’un fluide au repos, cette pression se transmet intégralement dans toutes les directions et avec la même intensité.
Afin de déterminer cette pression, il est nécessaire d’appliquer l’équation suivante:Pression = Force / Surface

Le débit volumique :

Le débit volumique se définit comme étant la quantité de liquide qui traverse un tube par unité de temps. Par exemple, si le débit volumique d’un robinet est de 1 litre / min, cela signifie qu’il faudra 1 minute pour remplir un récipient de 1 litre.En hydraulique, le débit est représenté à l’aide de cette équation:Q = V / tEquation ‎0-5où:·       Q = débit volumique (en m³/s)
·       V = volume (en m³)
·       t  = temps (en seconde)
Par ailleurs, il est possible d’obtenir l’équation de continuité en modifiant légèrement l’équation du débit volumique:Q = A * v

Les pertes de charge :

a.Types d’écoulement :On distingue l’écoulement laminaire et l’écoulement turbulant.L’écoulement est laminaire si le liquide se déplace dans le tube d’une façon régulière et parallèle à l’axe du tube. Les filets au centre de la veine se déplacent plus vite que les filets extérieurs. Lorsque la vitesse d’écoulement augmente, le mouvement des filets liquides cesse d’être régulier à partir d’une certaine vitesse appelée vitesse critique. Les conditions d’écoulement deviennent instables, les filets du milieu sont déviés vers les couches extérieures. Ils entrent en collision et forment des tourbillons. L’écoulement devient turbulant et le flux principal subit des pertes d’énergie.
Le nombre de Reynolds Re (sans unité) permet de déteminer le type d’écoulement dans un tube à intérieur poli :            Re= v . d / nv : vitese d’écoulement du liquide.
d : diamètre interne du tube.
n : viscosité cinématique.
Si Re < 2300 :Ecoulement laminaire.      Si Re > 2300 : Ecoulement turbulant.
   Exemple :V1=1m/s
V3=5m/s
V4=100m/s
n=40mm²/s
d1=10mm
d3=5mm
d4=1mm
Re1=1000.10/40=250Re3=5000.5/40=625Re4=100000.1/40=2500L’écoulement est donc turbulant dans le tronçon A4 pour redevenir laminaire.
Le frottement entre les filets du liquide en mouvement et l’adhérence du fluide aux parois forment une résistance que l’on peut nommer pertes de charges.Les pertes de charge sont définies comme étant des résistances qui s’opposent à l’écoulement libre du fluide. On distingue trois sources de pertes de charge:·       les pertes de charge dans les conduites;
·       les pertes de charge dues aux changements de direction;
·       les pertes de charge dues aux distributeurs.
q  Pertes de charge dans les conduites : représentent la résistance formée par les frictions interne et externe du liquide en mouvement. Puisque la vitesse d’écoulement est un important facteur qui influence la résistance, il est donc recommandé de ne pas dépasser les valeurs de référence.
Pertes de charges par mètre de longueur de tuyauterie :

 

Pour liquides hydrauliques avec r=850SI         K à 15°C (n=100SI);  W à 60°C (n=20SI)
V(m/s)		0.5		1		2		4		6
d(mm)		K	W	K	W	K	W	K	W	K	W
6	Re	30	150	60	300	120	600	240	1200	360	1800
	l	2.5	0.5	2.25	0.25	0.625	0.125	0.312	0.0625	0.21	0.04
	Dp(bar/m)	0.44	0.09	0.88	0.177	1.77	0.35	3.54	0.7	5.3	1.02
10	Re	50	250	100	500	200	1000	400	2000	600	300
	l	1.5	0.3	0.75	0.15	0.375	0.075	0.187	0.037	0.125	0.043
	Dp(bar/m)	0.16	0.03	0.32	0.064	0.64	0.13	1.27	0.25	1.9	0.65

Le rendement :

La puissance hydraulique est donnée par la formule :       P=p.Q  ; p étant la pression (Pa) et Q le débit volumique.

Dans tout système hydraulique, la puissance que l’on fournit en entrée ne se retrouve pas intégralement à la sortie et ce, à cause des différentes pertes de charges dans le système. Donc, le rendement se définit comme le rapport entre la puissance d’entrée et la puissance de sortie.

Rendement = Puissance de sortie / Puissance d’entrée

/Les huiles hydrauliques :(voir annexe)

Selon les normes DIN 51524 51525, les fluides hydrauliques sont classés en trois catégories en fonction de leurs propriétés et de leur composition :

q  Huile hydraulique HL.

q  Huile hydraulique HLP.

q  Huile hydraulique HV.

H= huile hydraulique, la ou les lettres qui suivent désignent les additifs.

Désignation	Propriétés spécifiques	Domaines d’utilisation
HL	Protection anticorrosive et amélioration de la résistance au vieillissement.	Installation dans lesquelles les sollicitations thermiques sont importantes ou dans lesquelles il y a un risque de corrosion par pénétration d’eau.
HLP	Amélioration de la résistance à l’usure.	Comme pour l’huile HL, ainsi que dans les installation dont le type de construction ou les conditions de fonctionnement provoquent un frottement mixte important.
HV	Amélioration de l’interdépendance viscosité/température.	Comme pour l’huile HLP, surtout dans les milieux industriels caractérisés par de brusques changements de température et par des températures ambiantes basses.

Les pompes hydrauliques

La pompe d’une installation hydraulique sert à transformer l’énergie mécanique en énergie hydraulique (l’énergie de pression).

La pompe hydraulique refoule dans le réseau le fluide qu’elle a aspiré. Puisque le parcours du fluide est parsemé de diverses sources qui résistent à son écoulement, une pression s’établit alors à l’intérieur des conduites. La valeur de la pression est donc fonction de la résistance totale du réseau et non pas seulement du débit de refoulement de la pompe.

L’énergie mécanique que la pompe utilise provient de l’élément d’entraînement présent dans l’installation hydraulique. Les principaux éléments d’entraînement sont:

·       le moteur électrique;

·       le moteur thermique.

Aussi, un accouplement est nécessaire entre l’élément d’entraînement et la pompe hydraulique. Cet élément remplit plusieurs rôles, notamment:

·       Il transmet le couple du moteur à la pompe.

·       Il protège la pompe des vibrations du moteur.

·       Il protège le moteur des pointes de pression de la pompe.

·       Il corrige les défauts d’alignement entre l’arbre du moteur et celui de la pompe.

Unité d’entraînement :Moteur+Pompe

      

Finalement, un réservoir est relié à la pompe hydraulique. Il remplit aussi plusieurs fonctions:

·       la réception et le stockage du fluide de l’installation hydraulique;

·       l’évacuation de la chaleur;

·      séparation de l’air, de l’eau et des particules solides.

La grandeur d’un réservoir est fonction:

·       du débit de la pompe;

·       de la chaleur effective durant le fonctionnement normal;

·       du temps de cycle.

Les principales caractéristiques des pompes :

Lorsqu’il s’agit de pompes hydrauliques, on dénote les caractéristiques suivantes:

·       la cylindrée;

·       la pression de refoulement;

·      la vitesse de rotation;

·       le rendement.

Les types de pompes : Il existe une impressionnante panoplie de pompes différentes selon leurs fonctionnements et leurs caractéristiques. En se référant à leurs cylindrées (le débit de la pompe), on dénote ainsi trois groupes de pompes: ·       les pompes à cylindrée constante; ·       les pompes à cylindrée variable; ·       les pompes régulatrices. Il est à noter que ces trois familles de pompes utilisent le principe du refoulement. La poussée du fluide vers les éléments de puissance se concrétise de différentes façons: ·       avec des pistons; ·       avec des palettes; ·       avec des axes filetés; ·       avec des engrenages. Tableau ‎0-1 Pompes hydrauliques volumiques Pompes à engrenage (pompes à débit constant) Pompes à palettes (pompes à débit constant, variable ou régulatrice) Pompes à pistons (pompes à débit constant, variable ou régulatrice) Pompes à engrenage - denture extérieure Pression arrivant sur l’intérieur Pompes à pistons radiaux Pompes à engrenage - denture intérieure Pression arrivant sur l’extérieur Pompes à pistons axiaux Pompes à couronne dentée Pompes à vis