Bien choisir une vanne

Les vannes sont des dispositifs mécaniques qui contrôlent le débit et la pression d’un fluide dans un circuit hydraulique ou aéraulique. Ce sont des composants essentiels d’un système de tuyauterie qui transporte des liquides, des gaz, des vapeurs, des boues, etc.

De nombreux types de vannes sont disponibles, chaque type ayant des caractéristiques, des capacités et des  fonctions différentes. Il existe plusieurs types d’actionnement : manuel, pneumatique, électrique, etc.

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Comment choisir une vanne ?

Vanne papillon de la société EBRO S.A.R.L
Vanne papillon de la société EBRO S.A.R.L

Pour bien choisir votre vanne, il est indispensable de déterminer quelle sera sa fonction. Va-t-elle servir à réguler un fluide ou à arrêter sa circulation ?

Ensuite, il est indispensable de vérifier quel type de fluide doit circuler dans le circuit : un gaz ou un liquide? S’agit-il d’un fluide corrosif, d’un fluide chimiquement neutre, d’un fluide alimentaire ou médical qui nécessite des conditions d’hygiène particulières ?

Il est essentiel de connaître le système d’actionnement de la vanne, afin de savoir si la vanne sera actionnée manuellement ou automatiquement. Dans un cas, une personne devra être sur place pour actionner la vanne alors que dans l’autre la vanne pourra être actionnée à distance, depuis un poste de contrôle par exemple.

Enfin, il est important de savoir comment la vanne va être intégrée dans le circuit et donc le type de montage ou d’installation, surtout si elle doit être soudée, boulonnée à travers des brides ou vissée.

Lorsque vous aurez déterminé ces différents éléments, vous pourrez vous intéresser aux caractéristiques techniques de votre installation, notamment aux débits et pressions qui vous permettront de définir les dimensions de votre vanne.

Comment dimensionner votre vanne ?

Pour dimensionner une vanne, vous devez connaître les paramètres liés au fonctionnement du circuit.

  • La pression est un facteur primordial à considérer, d’une part pour ne pas sous-dimensionner votre vanne et vous exposer à des problèmes de fuite ou de rupture de la vanne, d’autre part pour éviter de la surdimensionner.
  • La température de service, c’est-à-dire la température du fluide en circulation, ainsi que la température ambiante autour du corps de la vanne doivent être identifiées. Il est important que vous connaissiez les températures extrêmes que la vanne devra subir afin de pouvoir choisir une vanne conçue pour fonctionner dans ces conditions, notamment pour ce qui concerne les matériaux utilisés pour la fabrication du corps, du système de fermeture et des pièces d’étanchéité.
  • La pression de service, c’est-à-dire la pression à laquelle le fluide est soumis au niveau de la vanne.
  • Le débit du fluide et la vitesse d’écoulement. Le débit et la vitesse nominale sont des éléments essentiels qui vous aideront à choisir la vanne appropriée, surtout si celle-ci doit servir à réguler ce débit. Le facteur d’écoulement (Kv) est une valeur théorique définie par le constructeur qui permet de calculer le débit nominal de la vanne. Ce facteur peut être indiqué en litres par minute (l/min) ou en mètres cubes par heure (m3/h). Les fabricants de vannes proposent des abaques qui permettent de déterminer ce facteur en fonction notamment du débit souhaité et du diamètre nominal.
  • Le diamètre nominal (DN) du circuit au niveau de la vanne. Ce critère est vital pour éviter de surdimensionner la vanne, ce qui pourrait générer un fonctionnement instable de l’installation, ou de la sous-dimensionner afin d’éviter d’engendrer une chute de pression importante et d’endommager rapidement la vanne.

Paramètres de dimensionnement d’une vanne :

  • pression
  • température
  • débit
  • diamètre

Quels sont les principaux types de vannes ?

Vanne à opercule de la société Voith Turbo
Vanne à opercule de la société Voith Turbo

Il existe différents types de vannes, qui peuvent être plus ou moins adaptés à vos besoins. Si vous souhaitez arrêter la circulation d’un fluide, nous vous conseillons de vous orienter vers une vanne d’arrêt de type vanne à boisseau, vanne à guillotine ou vanne à opercule.

Si vous souhaitez plutôt contrôler le débit du fluide, mieux vaut opter pour une vanne de contrôle de type vanne à pointeauvanne à soupapevanne à piston, ou vanne papillon, qui offrent toutes de bonnes capacités d’étranglement.

Le choix d’une vanne dépend aussi du débit, de la pression et du type de fluide transporté car il va déterminer les matériaux constituant la vanne.

Dans quels cas utiliser une vanne papillon ?

Vanne papillon de la société OMAL Spa
Vanne papillon de la société OMAL Spa

La vanne papillon est principalement utilisée pour contrôler le débit d’un fluide. En fonction des matériaux employés pour sa fabrication, elle peut servir pour différents types de fluides : des fluides chimiquement neutres comme l’eau ou l’huile, des boues, des fluides alimentaires ou pharmaceutiques et certaines vannes papillon peuvent être spécialement conçues pour fonctionner avec des fluides corrosifs. Par contre, la vanne papillon ne peut pas être utilisée pour des fluides chargés de particules solides, qui pourraient empêcher sa fermeture totale.

La vanne papillon est une vanne « quart de tour ». Son actionnement nécessite une rotation de 90° entre la position ouverte et la position fermée. Pour les gros diamètres, elle peut nécessiter un système d’actionnement équipé d’un engrenage démultiplicateur qui permet de compenser la pression qui s’exerce directement sur le papillon.

Les vannes papillon sont conçues pour assurer une bonne étanchéité. Les vannes papillon de gros diamètre sont souvent proposées pour un montage à bride, et celles prévues par exemple pour les circuits de chauffage sont généralement des vannes à visser. Les vannes papillon présentent le plus souvent un encombrement minimal, notamment par rapport aux vannes à boisseau.

Caractéristiques importantes :

  • contrôle de débit
  • vanne quart de tour
  • bonne étanchéité
  • encombrement minimal

INCONVÉNIENTS :

  • non compatible avec les fluides chargés de particules

Dans quels cas utiliser une vanne à boisseau ?

Vanne à boisseau de la société NENCINI
Vanne à boisseau de la société NENCINI

La vanne à boisseau est utilisée pour arrêter la circulation d’un fluide. La vanne à boisseau sphérique se présente sous la forme d’une sphère percée d’un trou, généralement de même diamètre que la canalisation. C’est une vanne « quart de tour » qui a l’avantage de n’opposer aucun obstacle à la circulation du fluide en position ouverte. Lorsque le trou du boisseau possède le même diamètre que la canalisation, on dit que c’est une vanne « plein passage ». Ce type de vanne assure une bonne étanchéité en position fermée.
Cette vanne est utilisée aussi bien pour des liquides (eau, pétrole,…) que pour des gaz.

Certaines vannes à boisseau peuvent aussi être équipées d’un boisseau conique.

Les vannes à boisseau existent aussi en vanne 3 ou 4 voies. Dans ce cas là, on peut aussi les appeler vannes à secteur.

Caractéristiques importantes :

  • vanne d’arrêt
  • vanne quart de tour
  • compatible avec les fluides liquides et gazeux

INCONVÉNIENTS :

  • risque de coup de bélier

Dans quels cas utiliser une vanne à soupape ou à piston ?

Vanne à soupape de la société Mival
Vanne à soupape de la société Mival

Les vannes à soupape et à piston fonctionnent sur le même principe. Une tige, au bout de laquelle se trouve une pièce en forme de soucoupe ou un piston, descend dans la vanne pour obstruer le passage du fluide. Ces vannes se prêtent particulièrement bien à la régulation d’un fluide en fonction de la pression dans la canalisation. En effet de nombreux actionneurs de vannes à soupapes contiennent un ressort de tarage qui va permettre d’ajuster l’ouverture de la vanne en fonction de la pression.

Le principal inconvénient de ce type de vanne réside dans l’importante perte de charge. En outre, lorsque la pression du fluide est trop élevée, il est difficile d’actionner cette vanne en fermeture. Elles peuvent également se fermer très rapidement ce qui risque de provoquer un coup de bélier. Ces vannes existent aussi en modèle 3 voies.

Caractéristiques importantes :

  • régulation de débit
  • compatible avec une régulation de pression

INCONVÉNIENTS :

  • pertes de charge importantes
  • risque de coup de bélier

Dans quels cas utiliser une vanne à pointeau ?

Vanne à pointeau de la société SFERACO
Vanne à pointeau de la société SFERACO

Les vannes à pointeau sont notamment utilisées pour la régulation des fluides liquides ou gazeux à faible débit.

Ce sont des vannes de petit diamètre conçues pour des applications à faible pression. Elles sont souvent appelées “robinets”. Généralement elles sont actionnées manuellement. On les retrouve très souvent dans les applications domestiques et les opérations de prélèvement de fluide. Elles sont peu onéreuses ce qui explique leur forte présence.

Caractéristiques importantes :

  • faible débit
  • généralement à actionnement manuel
  • peu onéreuses

Dans quels cas utiliser une vanne à membrane ?

Vanne à membrane de la société SISTO Armaturen
Vanne à membrane de la société SISTO Armaturen

Les vannes à membrane sont principalement utilisées dans les procédés hygiéniques et aseptiques, c’est-à-dire lorsque le fluide en circulation doit être isolé de toute contamination potentielle.

Ces vannes fonctionnent avant tout en mode ouvert/fermé, même si dans certains cas elles peuvent servir pour la régulation du fluide. En position ouverte, ces vannes sont dites « plein passage » et ne créent quasiment pas de pertes de charge, car la membrane de fermeture dégage complètement le passage du fluide. L’étanchéité de ces vannes est excellente car il n’y a pas de contact direct entre le fluide et la tige, mais elles nécessitent une maintenance régulière pour vérifier le bon état de la membrane, surtout si le fluide est chargé en particules solides. Vous devez bien vérifier que la matière de la membrane est bien adaptée aux conditions de température et de pression pour éviter une usure prématurée.

Ces vannes sont principalement utilisées dans l’industrie agroalimentaire et dans l’industrie pharmaceutique. Il est également fréquent qu’elles soient employées dans l’industrie chimique et dans les applications ultra-pures, selon les matériaux qui les composent, notamment le matériau de la membrane. Les vannes à membrane conviennent aussi aux boues et aux liquides très visqueux.

Ce type de vanne n’est pas disponible pour les circuits de grosse section : généralement, les fabricants se limitent au DN350.

Caractéristiques importantes :

  • pertes de charge limitées
  • excellente étanchéité
  • applications agroalimentaires, pharmaceutiques, chimiques
  • compatible avec les fluides chargés de particules

INCONVÉNIENTS :

  • maintenance régulière
  • petit diamètre nominal

Dans quels cas utiliser une vanne à guillotine ?

Vanne à guillotine de la société EBRO S.A.R.L
Vanne à guillotine de la société EBRO S.A.R.L

Les vannes à guillotine sont d’un emploi courant dans l’industrie papetière, l’industrie chimique, dans l’exploitation minière, les centrales énergétiques et les industries agroalimentaires. Elles présentent l’avantage d’être très compactes du fait du mouvement linéaire du volet d’obturation (plaque qui bloque le passage du fluide en position fermée). La vanne à guillotine est principalement une vanne d’arrêt, même si elle peut être utilisée comme vanne de régulation lorsque le volet d’obturation est placé en zone intermédiaire.

Les vannes à guillotines peuvent être utilisées pour les fluides chargés de particules solides tels que les eaux usées ou pour les boues. En règle générale, la vanne à guillotine est conçue pour être étanche du côté amont du circuit (du côté de l’arrivée du fluide), mais certaines vannes sont étanches des deux côtés, ce qui permet de les utiliser quel que soit le sens de circulation du fluide. En position ouverte, la perte de charge est très faible car la vanne ne provoque pas de changement de direction du fluide.
Par contre, le temps de fermeture et d’ouverture peut être très long et vous devez envisager une maintenance régulière pour remédier aux problèmes d’usure entre le volet d’obturation et les éléments d’étanchéité.

Caractéristiques importantes :

  • faible encombrement en épaisseur
  • faible perte de charge
  • compatible avec les fluides chargés de particules

INCONVÉNIENTS :

  • ouvertures et fermetures lentes
  • maintenance régulière

Comment éviter les coups de bélier ?

Anti-bélier de la société Z-tide
Anti-bélier de la société Z-tide

Le coup de bélier est un phénomène de surpression du fluide, qui intervient notamment lors de la fermeture rapide d’une vanne. On entend alors un bruit caractéristique au niveau des canalisations. Cette surpression peut générer des dégâts importants qui peuvent aller jusqu’à la rupture du circuit.

Pour éviter les coups de bélier, vous pouvez :

  • monter un détendeur en amont de la vanne pour réguler la pression.
  • monter un anti-bélier en amont de la vanne : l’anti-bélier est une sorte de vase d’expansion qui est prévu pour  atténuer une onde de choc et absorber la surpression.
  • augmenter le diamètre du circuit en amont de la vanne pour diminuer la pression dans cette partie du circuit.

Qu'est ce qu'une vanne multi-voies ?

Les vannes multivoies sont des vannes qui ont plus d’une entrée et/ou sortie. Les plus communes sont les vannes 3 voies et en général elles sont à boisseau. Ces vannes sont généralement utilisées pour réguler la circulation du fluide dans une installation entre 2 circuits différents. Elles peuvent également servir à mélanger 2 fluides. Il existe également des vannes 4 voies, 5 voies ou 6 voies. Il est très rare de rencontrer des vannes avec un nombre de voies supérieur.