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Bien choisir un moteur pneumatique

Les moteurs pneumatiques, ou moteurs à air comprimé, convertissent l’énergie de l’air comprimé en travail mécanique par un mouvement rotatif.
Les moteurs pneumatiques exploitent la puissance sûre et fiable de l’air comprimé pour générer un couple et un mouvement de rotation. Plusieurs modèles différents sont disponibles pour répondre à une grande variété d’applications.

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  • Comment choisir un moteur pneumatique ?

    Afin de bien choisir le moteur pneumatique correspondant à votre installation ou équipement, il faut tout d’abord vous intéresser aux différents types de moteurs pneumatiques qui existent. Chacun d’eux possède en effet des spécificités prévues pour différents environnements et exigences techniques.

    Nous allons détailler dans ce guide les quatre principaux types de moteurs pneumatiques existants :

    • Moteur pneumatique à pistons
    • Moteur pneumatique à palettes
    • Moteur pneumatique à engrenages
    • Moteur pneumatique à turbine

    Les spécifications techniques à prendre en compte pour faire un choix pertinent sont le couple et la vitesse de rotation. En effet, la combinaison des deux détermine la puissance du moteur.
    En outre, il est également judicieux de vous poser les questions suivantes sur l’environnement dans lequel vous allez placer le moteur pneumatique.
    Le moteur pneumatique fonctionnera-t-il :

    • Dans un environnement de production normal ?
    • Dans une industrie agroalimentaire ?
    • En contact ou non avec des aliments ?
    • Immergé ?
    • Dans l’industrie médicale ou pharmaceutique ?
    • Dans un environnement potentiellement explosif ?
  • Pourquoi choisir un moteur pneumatique à palettes ?

    Moteur pneumatique à palettes de la marque GAST

    Les moteurs pneumatiques à palettes sont adaptés pour des cycles réguliers de fonctionnement.
    Ils possèdent des vitesses élevées allant jusqu’à 60 000 tr/min, mais ont l’avantage de pouvoir fonctionner également à des vitesses faibles, par exemple de l’ordre de 15 tr/min.
    Compacts, ils sont à la fois économiques et faciles d’entretien, d’une conception simple. Les moteurs à palettes sont également moins chers que les moteurs à pistons à même puissance. De plus, ils sont résistants à la surcharge.

    Les moteurs pneumatiques à palettes sont utilisés dans des applications nécessitant des puissances de sortie faibles à moyennes. Ils entraînent le plus souvent des outils électriques portatifs, mais ils sont aussi utilisés dans une foule d’applications de mélange, d’entraînement, etc.

    Dans un moteur à palettes multiples, le couple peut être élevé à une vitesse donnée en augmentant la pression d’air à l’entrée du moteur pour accroître le déséquilibre de pression entre les palettes du moteur. Cependant, il y a des compromis à faire : l’augmentation de la pression d’entrée d’air accroît les coûts d’alimentation en air et entraîne généralement une usure plus rapide et une durée de vie plus courte des palettes.

    Les moteurs pneumatiques à palettes sont disponibles avec trois à dix palettes. L’augmentation du nombre de palettes réduit les fuites internes ou le blow-by, et rend le couple de sortie plus uniforme et fiable à basse vitesse. Cependant, un plus grand nombre d’aubes augmente le frottement, le coût du moteur, et diminue l’efficacité.
    Les moteurs à palettes délivrent plus de puissance que les moteurs pneumatiques à pistons. Comme les aubes glissent contre la paroi du boîtier, de nombreux moteurs à palettes ont besoin d’air lubrifié, en particulier si de courts cycles de fonctionnement sont suivis de longues périodes d’inactivité. Néanmoins, de plus en plus de moteurs continuent d’être conçus pour fonctionner avec de l’air non lubrifié afin de répondre aux applications critiques et aux préoccupations environnementales.

    Les moteurs pneumatiques à palettes peuvent présenter des problèmes de fonctionnement lorsqu’ils sont non régulés, sans charge et à grande vitesse. Lorsqu’un moteur à palettes multiples fonctionne à vide, sa vitesse élevée peut chauffer et carboniser les extrémités des palettes lorsqu’elles frottent contre la paroi du cylindre. Une usure anormale et des dommages aux autres pièces du moteur sont également à prévoir. Ils possèdent en outre un couple de démarrage moins important que pour les autres technologies de moteurs pneumatique.

  • Pourquoi choisir un moteur pneumatique à pistons ?

    Moteur pneumatique à pistons de la marque SPX Hydraulic Technologies

    Les moteurs pneumatiques à pistons sont utilisés dans des applications nécessitant une puissance élevée, un couple de démarrage élevé et un contrôle précis de la vitesse à basse vitesse. Ils ont quatre, cinq ou six cylindres disposés axialement ou radialement dans un boîtier. Le couple de sortie est développé par la pression agissant sur les pistons qui vont et viennent à l’intérieur des cylindres.
    Ces moteurs sont également immédiatement réversibles.
    Les moteurs à plus de quatre cylindres fournissent un couple doux  (sans vibrations) à une vitesse de fonctionnement donnée, car les impulsions de puissance se chevauchent.

    Cependant, les moteurs à pistons radiaux et axiaux ont une limitation importante : la lubrification des piston,  les réserves d’huile et de graisse devant être vérifiées périodiquement et renouvelées. Ils doivent être montés en position horizontale pour assurer une lubrification adéquate des surfaces d’appui.

    Les moteurs à pistons axiaux sont plus compacts que les moteurs à pistons radiaux, ce qui en fait la solution idéale pour un montage dans des espaces réduits.
    Les moteurs à pistons axiaux ont une conception plus complexe et plus coûteuse que celle des moteurs à palettes, et ils sont lubrifiés à la graisse. Cependant, les moteurs à pistons axiaux fonctionnent plus doucement et fournissent une puissance maximale à des vitesses beaucoup plus basses que les moteurs à palettes.

    Par rapport aux moteurs électriques de puissance équivalente, les moteurs pneumatique à pistons axiaux sont plus petits et plus légers, ils tolèrent également des températures ambiantes plus élevées.

    Les moteurs à pistons radiaux sont robustes, lubrifiés à l’huile et conviennent parfaitement à un fonctionnement continu. Ils ont le couple de démarrage le plus élevé de tous les moteurs pneumatiques et sont particulièrement avantageux pour les applications impliquant des charges de démarrage élevées. Les impulsions de puissance qui se chevauchent fournissent un couple doux dans les deux sens de marche avant et arrière.

  • Pourquoi choisir un moteur pneumatique à engrenages ?

    Moteur pneumatique à engrenages de la marque Atlas Copco

    Les moteurs pneumatiques à engrenages sont plus adaptés au fonctionnement permanent, 24 heures non-stop, et pour des vitesses importantes, jusqu’à 140 000 tr/min.
    Ces moteurs possèdent un couple de démarrage important, et présentent une réversibilité immédiate.
    Un fonctionnement sans huile est souvent une option pour ces moteurs pneumatiques.
    Les vitesses et couples sont réglables aisément dans une large plage et une grande stabilité.
    Enfin, les moteurs pneumatiques à engrenages ont l’avantage de ne pas posséder de pièces d’usure et de s’adapter à un fonctionnement en continu.

  • Pourquoi choisir un moteur pneumatique à turbine ?

    Un moteur pneumatique à turbine présente plusieurs avantages : tout d’abord, il peut atteindre des vitesses très élevées, pouvant aller jusqu’à 120 000 tr/min.
    Le rendement d’un moteur pneumatique est défini comme le rapport entre la puissance de sortie réelle et la puissance théorique disponible de l’air comprimé pour le taux d’expansion auquel la machine fonctionne. Les turbines convertissent l’énergie pneumatique en énergie mécanique avec un rendement d’environ 65 à 75 %. L’efficacité de la turbine est supérieure à celle des autres moteurs pneumatiques parce que le contact glissant des pièces ne provoque pas de frottement interne. Par conséquent, il n’est pas nécessaire de procéder à une lubrification poussée. L’absence d’huile lubrifiante améliore considérablement les performances par temps froid.

    Par ailleurs, un moteur pneumatique à turbine ne comporte pas de pièces d’usure, et n’a qu’une faible consommation d’air.
    Jusqu’à récemment, les moteurs pneumatiques à turbine étaient généralement utilisés pour des applications nécessitant une vitesse très élevée et un couple de démarrage très faible – les forets dentaires et les démarreurs de moteurs à réaction étant les plus courants. Enfin, les moteurs à turbine sont relativement peu encombrants, ayant un bon rapport poids/puissance pour leur capacité de livraison de puissance.

    Avantages :

    • Pas de lubrification.
    • Pas de pièces d’usure.
    • Faible consommation d’air.
  • Faut-il utiliser un réducteur ?

    Moteur pneumatique à renvoi d’angle de la marque DEPRAG

    Les moteurs pneumatiques tournent en général à des vitesses trop élevées pour la plupart des applications industrielles. C’est pour cette raison qu’on utilise des réducteurs afin de modifier le rapport couple/vitesse du moteur.
    Autrement, dans le choix du moteur, un moteur à renvoi d’angle est une option possible. Ce dernier présente un double avantage :

    • D’une part, sa sortie à 90° permet souvent de gagner encore en compacité dans le système.
    • D’autre part, elle constitue une réduction supplémentaire qui permet d’atteindre des couples encore plus élevés.
  • Faut-il choisir un moteur électrique ou un moteur pneumatique ?

    Comparés aux moteurs électriques, les moteurs pneumatiques présentent l’avantage de ne pas nécessiter de surdimensionnement en termes de puissance, d’une part parce qu’il n’y a pas de risque de surchauffe, d’autre part parce que la puissance affichée du moteur est la puissance utile. Ce n’est pas le cas pour un moteur électrique qui a une puissance utile toujours inférieure à la puissance apparente.
    Les moteurs pneumatiques sont ainsi plus souples de fonctionnement, plus fiables et durables que les moteurs électriques.
    L’encombrement est également meilleur en termes de rapport poids/puissance.
    Le sens de rotation du moteur est facilement réversible. Il peut également fonctionner en milieu explosif ou inflammable. Le moteur pneumatique est adapté aux conditions extrêmes, faibles et fortes températures (-30° à 150°), poussière, humidité, champ magnétique et radiations. Tous ces avantages le placent en meilleure position, comparé au moteur électrique.

    Caractéristiques Moteur pneumatique Moteur hydraulique Moteur électrique
    résistance à la surcharge +++ +++ +
    couple en fonction de la charge +++ ++ +
    contrôle de la vitesse +++ +++ +
    limitation du couple +++ +++ +
    limitation de puissance +++ +++ +
    rapport puissance/volume ++ +++ +
    fiabilité +++ +++ +++
    robustesse +++ +++ +
    maintenance +++ ++ +
    adapté aux milieux humides +++ +++ +
    adapté aux environnements explosifs +++ +++ +
    risque de fuite d’huile +++ + +++
    consommation énergétique totale + ++ +++
    niveau de bruit + +++ ++
    poids ++ +++ +
    prix + + +++
    coût d’installation +++ + ++

    + = moyen, ++ = bon, +++ = meilleur

  • Quelles autres caractéristiques faut-il prendre en compte pour le choix d’un moteur pneumatique ?

    Pour déterminer la puissance nécessaire du moteur pneumatique, trois informations doivent être connues.

    • La pression et le débit d’air disponibles vont déterminer la puissance disponible pour le moteur. C’est un élément essentiel de l’application. Les moteurs pneumatiques sont prévus pour fonctionner à une pression de 6 bars environ.
    • Le couple demandé par l’application : ce couple est déterminé par l’application elle-même. C’est la plupart du temps une donnée extérieure dont il faut tenir compte.
    • La vitesse souhaitée : c’est la vitesse à laquelle il est souhaitable que le moteur tourne dans des conditions d’utilisation « normales », c’est-à-dire avec le couple nominal de l’application, la pression définie, sans contraintes particulières (blocage ou charge anormale appliquée au moteur).

    Enfin, d’autres caractéristiques peuvent être prises en compte :

    • Le caractère réversible du moteur
    • Le moteur comporte-t-il un frein intégré ?
    • Le choix d’un réducteur du moteur adapté à son activité.
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