{"id":232,"date":"2017-11-07T15:36:46","date_gmt":"2017-11-07T14:36:46","guid":{"rendered":"https:\/\/linmot.com\/?page_id=232"},"modified":"2024-05-01T16:33:35","modified_gmt":"2024-05-01T14:33:35","slug":"remplacement-des-actionneurs-pneumatiques-par-des-moteurs-lineaires-industriels","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/linmot.com\/fr\/solutions-industrielles\/remplacement-des-actionneurs-pneumatiques-par-des-moteurs-lineaires-industriels\/","title":{"rendered":"Remplacement des actionneurs pneumatiques par des Moteurs Lin\u00e9aires Industriels"},"content":{"rendered":"

Les entra\u00eenements lin\u00e9aires \u00e9lectriques remplacent les v\u00e9rins pneumatiques traditionnels dans de plus en plus d\u2019applications. Le rendement des syst\u00e8mes pneumatiques est faible et les frais de fonctionnement, de maintenance, de reconfiguration sont \u00e9lev\u00e9s. Une comparaison r\u00e9cente des co\u00fbts montre que les entra\u00eenements lin\u00e9aires \u00e9lectriques, aux prix actuels des composants et de l\u2019\u00e9nergie \u00e9lectrique, s\u2019amortissent en quelques mois, m\u00eame dans le cas de mouvement point \u00e0 point avec deux positions de fin de course. Leur utilisation permet aussi de r\u00e9duire significativement l\u2019empreinte carbone. De plus, ils assurent une meilleure flexibilit\u00e9 pour la conception et le contr\u00f4le des processus de production.<\/p>\n

Pneumatique : 2\/3 des co\u00fbts d\u2019exploitation sont d\u00e9pens\u00e9s en \u00e9nergie<\/p><\/blockquote>\n

Les actionneurs pneumatiques sont caract\u00e9ris\u00e9s par des co\u00fbts d\u2019acquisition inf\u00e9rieurs, une bonne r\u00e9sistance \u00e0 l\u2019environnement (p.ex. aux variations de temp\u00e9rature et poussi\u00e8res) et une r\u00e9sistance \u00e9lev\u00e9e aux surcharges. Ils sont aussi simples \u00e0 piloter et ne n\u00e9cessitent pas un courant de maintien, quand ils sont install\u00e9s en position verticale. L\u2019air comprim\u00e9 est aussi utilis\u00e9 pour de nombreuses t\u00e2ches (nettoyage, manutention, peinture\u2026) dans les ateliers et environnements industriels. Les syst\u00e8mes de compresseurs doivent donc \u00eatre pr\u00e9sents dans tous les cas. Il n\u2019est donc pas \u00e9tonnant que la technologie pneumatique soit utilis\u00e9e dans une large gamme d\u2019applications et qu\u2019elle puisse \u00eatre retrouv\u00e9e dans beaucoup d\u2019usines.<\/p>\n

Toutefois, l\u2019air comprim\u00e9 est l\u2019une des \u00e9nergies les plus on\u00e9reuses, car les compresseurs ne peuvent transformer qu\u2019une petite partie de l\u2019\u00e9nergie consomm\u00e9e en puissance utile. La grande majorit\u00e9 est dissip\u00e9e en pertes de chaleur de compression. La plus r\u00e9cente des technologies d\u2019alimentation en air comprim\u00e9 peut atteindre un rendement d\u2019environ 30 %. Des am\u00e9liorations sont presque impossibles car les limites physiques ont pratiquement d\u00e9j\u00e0 \u00e9t\u00e9 atteintes. En plus des co\u00fbts \u00e9lev\u00e9s du moteur, du compresseur, des pertes au d\u00e9marrage et en fonctionnement, on peut rajouter les pertes suppl\u00e9mentaires que sont les fuites du syst\u00e8me de distribution en air comprim\u00e9. En pratique, apr\u00e8s les pertes additionnelles dans l\u2019actionneur (sans optimisation), seulement environ 5 % de l\u2019\u00e9nergie consomm\u00e9e est disponible (Dessin, diapositive 19). Une conception optimale du r\u00e9seau d\u2019air comprim\u00e9, la d\u00e9tection rapide des fuites et des syst\u00e8mes de r\u00e9cup\u00e9ration de l\u2019\u00e9nergie dissip\u00e9e en chaleur peuvent am\u00e9liorer l\u2019efficacit\u00e9. Le Minist\u00e8re de l\u2019Environnement allemand estime les \u00e9conomies d\u2019\u00e9nergie potentielles \u00e0 20 – 40%, et d\u2019autres experts parlent m\u00eame d\u2019\u00e9conomies potentielles encore plus importantes.<\/p>\n

Toutefois, m\u00eame si ces \u00e9conomies potentielles peuvent \u00eatre r\u00e9alis\u00e9es, les syst\u00e8mes \u00e0 air comprim\u00e9 utilisent toujours l\u2019\u00e9nergie consomm\u00e9e de mani\u00e8re inefficace, avec un rendement maximal de 10 %. Ceci est aussi visible dans le calcul du co\u00fbt total de possession (CTP) d\u2019un compresseur. Si environ 10 % du co\u00fbt total est d\u00e9pens\u00e9 pour l\u2019acquisition et 10 % suppl\u00e9mentaires pour la maintenance du syst\u00e8me, les d\u00e9penses \u00e9nerg\u00e9tiques peuvent atteindre 70 \u00e0 80 % des co\u00fbts totaux pendant la vie d\u2019un compresseur.<\/p>\n

Il n\u2019est donc pas \u00e9tonnant que de plus en plus de soci\u00e9t\u00e9s, confront\u00e9es aux augmentations des prix de l\u2019\u00e9nergie et sensibilis\u00e9es aux probl\u00e8mes environnementaux (en particulier pour l\u2019\u00e9mission du CO2), tentent d\u2019\u00e9liminer l\u2019air comprim\u00e9 ou de limiter son utilisation.<\/p>\n

Aujourd\u2019hui, et presque sans exception, des alternatives aux syst\u00e8mes pneumatiques existent et sont parfaitement adapt\u00e9es pour vos projets d\u2019automatisation<\/p><\/blockquote>\n

Pour de nombreuses applications n\u00e9cessitant des mouvements lin\u00e9aires, le moteur lin\u00e9aire \u00e9lectrique de forme tubulaire est un bon substitut aux v\u00e9rins pneumatiques. Ces moteurs sont disponibles chez LinMot en divers mod\u00e8les et gammes de puissance.<\/p>\n

Comparaison des co\u00fbts d\u2019un v\u00e9rin pneumatique et d\u2019un moteur lin\u00e9aire sur un exemple concret.<\/h2>\n

Les entra\u00eenements \u00e9lectriques sont en effet plus chers \u00e0 l\u2019achat que les v\u00e9rins pneumatiques, mais l\u2019analyse des co\u00fbts totaux, au cours de leur dur\u00e9e de vie, montre que les moteurs lin\u00e9aires industriels de LinMot s\u2019amortissent en quelques mois ou m\u00eame semaines, m\u00eame dans le cas de simples courses point \u00e0 point entre deux positions. L\u2019exemple suivant, avec une course horizontale point \u00e0 point de 400 mm et une masse de 15 kg en mouvement, fonctionnant \u00e0 30 cycles par minute et un duty cycle de 50 % (=2,000 ms de temps de cycle) le d\u00e9montre clairement.<\/p>\n\"\"\n

Co\u00fbts d\u2019\u00e9nergie pour la solution de moteur lin\u00e9aire<\/h2>\n

Le temps de positionnement requis de 500 ms pour cette t\u00e2che est accompli avec une acc\u00e9l\u00e9ration de 10 m\/s\u00b2 et une vitesse de d\u00e9placement de 1 m\/s. Le temps d\u2019acc\u00e9l\u00e9ration, pendant lequel le moteur lin\u00e9aire effectue le travail utile, est de 100 ms. Ceci veut dire que la consommation d\u2019\u00e9nergie effective a lieu pendant un cinqui\u00e8me du temps de positionnement. A l\u2019arr\u00eat et pendant le d\u00e9placement \u00e0 vitesse constante, il ne consomme pas d\u2019\u00e9nergie, sinon celle qui est n\u00e9cessaire pour surmonter les frottements. L\u2019\u00e9nergie cin\u00e9tique du freinage est transform\u00e9e en \u00e9nergie \u00e9lectrique dans le moteur (via l\u2019effet de g\u00e9n\u00e9rateur) et stock\u00e9e dans les condensateurs interm\u00e9diaires de la servocommande o\u00f9 elle peut \u00eatre utilis\u00e9e pour le cycle suivant. Cette application peut \u00eatre mise en \u0153uvre \u00e0 l\u2019aide d\u2019un moteur lin\u00e9aire LinMot, taille P01-48x240F, en combinaison avec une servocommande LinMot, mod\u00e8le E1100-XC\/B1100-XC, avec une consommation continue d\u2019\u00e9nergie de moins de100 W.<\/p>\n

En supposant 8 000 heures de fonctionnement par an (travail en trois \u00e9quipes) et un prix de l\u2019\u00e9lectricit\u00e9 de 0.12 EUR\/kWh (prix pour les grands consommateurs industriels, taxes comprises, selon EUROSTAT) le co\u00fbt total annuel de l\u2019\u00e9nergie se monte \u00e0 96 Euros. Une solution pneumatique serait beaucoup plus ch\u00e8re.<\/p>\n

Co\u00fbts d\u2019\u00e9nergie pour la solution de v\u00e9rin pneumatique<\/h2>\n

Si une masse de charge de 15 kg est transport\u00e9e pneumatiquement \u00e0 une vitesse (maximale) de 1 m\/s, comme requis dans l\u2019exemple d\u2019application, l\u2019analyse des courbes caract\u00e9ristiques appropri\u00e9es pour la conception des v\u00e9rins pneumatiques d\u2019un constructeur connu indique qu\u2019un v\u00e9rin pneumatique avec un piston de 50 mm doit \u00eatre utilis\u00e9.<\/p>\n

Contrairement au moteur lin\u00e9aire, l\u2019\u00e9nergie (air comprim\u00e9) doit \u00eatre fournie pendant tout le mouvement<\/p><\/blockquote>\n

L\u2019\u00e9nergie cin\u00e9tique doit aussi \u00eatre absorb\u00e9e par des amortisseurs et elle ne peut pas \u00eatre stock\u00e9e pour le mouvement suivant. Selon sa fiche technique, le v\u00e9rin choisi consomme 0.02529 dm\u00b3 d\u2019air \u00e0 6 bars pour chaque millim\u00e8tre de d\u00e9placement en double course. Pour une course de 400 mm, ceci signifie une consommation de 10.37 dm\u00b3 par cycle. A 30 cycles par minute, le v\u00e9rin pneumatique requiert un total de 150 000 Nm\u00b3 d\u2019air comprim\u00e9 par an en fonctionnement continu (8 000 h\/an). Si on pr\u00e9suppose des baisses de pression, des pertes dues aux fuites de l\u2019ordre de 25%, le compresseur doit comprimer et fournir un total d\u2019environ 190 000 Nm\u00b3 d\u2019air dans le r\u00e9seau. Un compresseur normal (moteur de 750 kW, capacit\u00e9 d\u2019air de 7 500 Nm\u00b3\/h) peut consommer 0.130 kWh d\u2019\u00e9nergie \u00e9lectrique pour comprimer 1 Nm\u00b3\/h \u00e0 6 bars, y compris les pertes au d\u00e9marrage et en fonctionnement et la manutention de l\u2019air comprim\u00e9. Le co\u00fbt d\u2019\u00e9nergie annuel total est donc de 3000 Euro (0.12 Euro\/kWh*0.130kWh\/m\u00b3*190 000 m\u00b3), soit 30 fois plus que dans le cas de l\u2019\u00e9quivalent \u00e9lectrique. Dans le cas d\u2019un nombre de cycles par minute plus \u00e9lev\u00e9, ce rapport serait encore plus d\u00e9favorable pour le v\u00e9rin pneumatique.<\/p>\n

Calcul de co\u00fbt total<\/h2>\n

Dans le calcul de co\u00fbt total, en plus des co\u00fbts d\u2019\u00e9nergie, il faut inclure aussi l\u2019investissement et les frais de maintenance. Les essais ont d\u00e9montr\u00e9 que la somme de ces \u00e9l\u00e9ments peut constituer environ 20 % du co\u00fbt total d\u2019exploitation. Dans l\u2019exemple montr\u00e9 ici, il faut d\u00e9penser 750 Euro par an, donc le co\u00fbt final d\u2019exploitation se monte \u00e0 3 750 Euro. Les fabricants de solutions pneumatiques \u00e9valuent le co\u00fbt total (apr\u00e8s mesures d\u2019efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique) \u00e0 0.025 Euro par m\u00e8tre cube standard d\u2019air comprim\u00e9. Dans notre exemple, ceci voudrait dire un co\u00fbt d\u2019exploitation annuel total de 3 750 Euro pour la quantit\u00e9 de 150 000 Nm\u00b3 d\u2019air comprim\u00e9 pour un v\u00e9rin, ce qui valide l\u2019exemple ci-dessus.<\/p>\n\"\"\n

Un entra\u00eenement lin\u00e9aire, par contre, y compris tous les composants n\u00e9cessaires (c\u00e2bles, onduleur, etc.), co\u00fbte plus qu\u2019un entra\u00eenement pneumatique (y compris les vannes, les tuyauteries, etc.).<\/p>\n

Toutefois, les frais d\u2019\u00e9nergie consid\u00e9rablement inf\u00e9rieurs signifient qu\u2019un entra\u00eenement lin\u00e9aire \u00e9lectrique s\u2019amortit en moins de six mois ! Cette p\u00e9riode pass\u00e9e, les \u00e9conomies sont significatives!<\/p><\/blockquote>\n

Dans notre exemple, les co\u00fbts d\u2019\u00e9nergie d\u00e9passent le co\u00fbt d\u2019investissement apr\u00e8s seulement trois semaines.<\/p>\n

L\u2019analyse des co\u00fbts d\u2019investissement et d\u2019\u00e9nergie dans cette application montre que les \u00e9conomies faites par l\u2019utilisation d\u2019un moteur lin\u00e9aire industriel, compar\u00e9es \u00e0 l\u2019utilisation d\u2019un v\u00e9rin pneumatique, sont respectivement de 2’300 EUR et 5’900 EUR en 12 et 24 mois de service.<\/p>\n

Cela montre que si l’air est gratuit, l’air comprim\u00e9 ne l’est certainement pas !<\/p><\/blockquote>\n

En raison de la hausse des prix de l’\u00e9lectricit\u00e9, le co\u00fbt d’exploitation annuel par cylindre dans cet exemple d’application \u00e9tait de 3’840 EUR en 2010<\/strong> (@12 EUR\/kWh) mais a presque doubl\u00e9 pour atteindre 7’400 EUR en 2022<\/strong> (@0.26 EUR\/kWh).<\/p>\n\"\"\n

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Emission de CO2<\/h2>\n

Les \u00e9missions de CO2 peuvent \u00eatre drastiquement r\u00e9duites en passant \u00e0 l\u2019entra\u00eenement lin\u00e9aire \u00e9lectrique, apportant ainsi un autre b\u00e9n\u00e9fice \u00e9norme. L\u2019\u00e9nergie suppl\u00e9mentaire de 24 000 kWh, requise par le v\u00e9rin pneumatique dans cet exemple, entra\u00eene une production annuelle de 12 000 kg de CO2.<\/p>\n

Ainsi, les donn\u00e9es CO2 le disent clairement : passez en entra\u00eenements \u00e9lectriques directs!<\/p>\n\"\"\n

Un cylindre pneumatique de 3 kg produit 12 000 kg de CO2!<\/p><\/blockquote>\n

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Plus p\u00e9renne gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019innovation et la flexibilit\u00e9<\/h2>\n

Outre des besoins \u00e9nerg\u00e9tiques inf\u00e9rieurs, la variante \u00e9lectrique poss\u00e8de l\u2019avantage d\u2019une meilleure flexibilit\u00e9 dans la conception des s\u00e9quences de production et de syst\u00e8mes de contr\u00f4le. Les s\u00e9quences de mouvements dans les entra\u00eenements lin\u00e9aires \u00e9lectriques peuvent \u00eatre nettement plus dynamiques. Ils pr\u00e9sentent aussi une meilleure r\u00e9p\u00e9tabilit\u00e9. Le profil de mouvement peut \u00eatre programm\u00e9 librement. Des s\u00e9quences de mouvements complexes peuvent \u00eatre mises en \u0153uvre rapidement et sans difficult\u00e9. Ils peuvent aussi \u00eatre adapt\u00e9s aux nouvelles exigences, m\u00eame en cours de fonctionnement. Les entra\u00eenements lin\u00e9aires \u00e9lectriques sont beaucoup moins bruyants et ont une dur\u00e9e de vie plus importante. Ils ne sont pas sensibles aux changements de charge et peuvent \u00eatre arr\u00eat\u00e9s et d\u00e9marr\u00e9s en douceur. Les donn\u00e9es produites dans le variateur permettent le suivi des diff\u00e9rentes variables du processus, sans besoin de capteurs suppl\u00e9mentaires, et peuvent \u00eatre utilis\u00e9es pour diagnostiquer le syst\u00e8me \u00e0 distance. Non des moindres avantages\u00a0: le syst\u00e8me requiert moins de composants individuels. De plus, ils peuvent \u00eatre entretenus et remplac\u00e9s plus ais\u00e9ment que dans le cas des syst\u00e8mes pneumatiques. Ceci est refl\u00e9t\u00e9 par des co\u00fbts plus faibles de l\u2019installation, de la maintenance et de la logistique.<\/p>\n

R\u00e9sum\u00e9<\/h2>\n

Lorsque plus de deux positions sont n\u00e9cessaires, quand les mouvements doivent \u00eatre synchronis\u00e9s avec l\u2019axe ma\u00eetre, ou quand la dur\u00e9e de vie ou la dynamique d\u2019un v\u00e9rin pneumatique ne suffisent plus, les concepteurs se tournent volontiers, depuis des ann\u00e9es, vers les entra\u00eenements lin\u00e9aires directs de LinMot. En raison des co\u00fbts d\u2019exploitation \u00e9lev\u00e9s des actionneurs pneumatiques, l\u2019utilisation des moteurs lin\u00e9aires industriels est de plus en plus rentable, m\u00eame dans le cas de simples mouvements point \u00e0 point avec deux positions de fin de course. Ceci est particuli\u00e8rement vrai, lorsque les mouvements sont effectu\u00e9s r\u00e9guli\u00e8rement dans des op\u00e9rations cycliques et alors que les v\u00e9rins pneumatiques doivent \u00eatre surdimensionn\u00e9s pour des raisons de vitesse ou de charge. Dans ces cas, l\u2019entra\u00eenement \u00e9lectrique lin\u00e9aire est rentabilis\u00e9 en quelques semaines.<\/p>\n

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Exemples d\u2019applications<\/h3>\n
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L\u2019avenir des emballages d\u2019exp\u00e9dition<\/h4>\n

Le commerce en ligne ne cesse de cro\u00eetre. Chaque commande pass\u00e9e donne lieu \u00e0 un ordre d\u2019exp\u00e9dition simultan\u00e9. Afin de proposer une solution optimale en termes de durabilit\u00e9 et de consommation de cartons, l\u2019entreprise de construction m\u00e9canique KRAFT a d\u00e9velopp\u00e9 la \u00ab Kraft VPS100 \u00bb. Les moteurs lin\u00e9aires de LinMot sont de la partie.<\/p>\n

Vers l\u2019article<\/a>
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Les entra\u00eenements lin\u00e9aires \u00e9lectriques remplacent les v\u00e9rins pneumatiques traditionnels dans de plus en plus d\u2019applications. Le rendement des syst\u00e8mes pneumatiques est faible et les frais de fonctionnement, de maintenance, de reconfiguration sont \u00e9lev\u00e9s. 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