ÉTUDE HYDRAULIQUE

Choix d’un filtre hydraulique

Choix d'un Filtre Hydraulique (Pression, Retour)

Choix d'un filtre hydraulique (filtration en pression, en retour)

Comprendre la Filtration Hydraulique

La contamination par particules est la cause principale de plus de 80% des pannes dans les systèmes oléohydrauliques. Une filtration efficace est donc vitale pour la fiabilité et la longévité des composants (pompes, vannes, vérins). Le choix d'un filtre ne se résume pas à sa finesse de filtration (exprimée en microns) ; il dépend de son emplacement (pression, retour, aspiration), de sa capacité à retenir les particules (ratio Bêta), et de la perte de charge qu'il génère. Une perte de charge trop élevée peut réduire l'efficacité du système ou même endommager le filtre. Cet exercice se concentre sur le dimensionnement d'un filtre de retour pour atteindre un niveau de propreté cible.

Données de l'étude

On veut sélectionner un filtre pour la ligne de retour d'un circuit hydraulique alimentant plusieurs actionneurs.

Caractéristiques du système :

  • Débit de la pompe (\(Q_p\)) : \(90 \, \text{L/min}\)
  • Niveau de propreté cible (ISO 4406) : 18/16/13
  • Viscosité cinématique de l'huile en service : \(45 \, \text{cSt}\) (centiStokes)
  • Densité de l'huile : \(0.87\)
  • Perte de charge de référence du corps de filtre nu : \(\Delta P_{\text{corps}} = 0.5 \, \text{bar}\)
  • Perte de charge de référence de l'élément filtrant neuf : \(\Delta P_{\text{élément}} = 0.8 \, \text{bar}\) (donnée pour une viscosité de 32 cSt)
  • Pression d'ouverture du clapet by-pass : \(3.0 \, \text{bar}\)
Schéma de Principe d'un Circuit avec Filtre de Retour
Réservoir Pompe Distributeur Vérin Filtre Retour

Circuit hydraulique simple montrant le filtre sur la ligne de retour vers le réservoir.

Questions à traiter

  1. Déterminer la finesse de filtration requise (en microns) pour atteindre le niveau de propreté ISO 18/16/13.
  2. Calculer le débit maximal traversant le filtre de retour.
  3. Calculer la perte de charge totale (\(\Delta P_{\text{total}}\)) à travers le filtre neuf avec l'huile en service.
  4. La perte de charge initiale est-elle acceptable ? Justifier.

Correction : Choix d'un Filtre Hydraulique

Question 1 : Finesse de Filtration Requise

Principe :

Le code ISO 4406 définit la propreté d'un fluide par trois nombres, correspondant au nombre de particules par millilitre de fluide pour des tailles supérieures à 4µm, 6µm et 14µm. Pour atteindre un certain niveau, les fabricants de composants et de filtres fournissent des recommandations. Pour des systèmes standards avec des vannes proportionnelles ou des servovalves, une filtration fine est nécessaire.

Recommandation :

Pour atteindre une classe de propreté **ISO 18/16/13**, il est généralement recommandé d'utiliser un élément filtrant avec une finesse de filtration de **10 à 12 microns** et un ratio Bêta élevé (\(\beta_{10(c)} \ge 1000\)).

Résultat Question 1 : On choisit une finesse de filtration de **10 µm**.

Question 2 : Débit Maximal dans le Filtre

Principe :

Dans un circuit simple, le débit qui traverse le filtre de retour est généralement égal au débit fourni par la pompe. Cependant, dans des circuits avec des vérins différentiels, le débit de retour peut être différent du débit d'entrée du vérin. Dans ce cas, nous considérons le cas le plus défavorable où tout le débit de la pompe retourne au réservoir.

Calcul :

Le débit maximal à considérer pour le dimensionnement du filtre est le débit total de la pompe.

\[Q_{\text{filtre}} = Q_p = 90 \, \text{L/min}\]
Résultat Question 2 : Le débit de dimensionnement pour le filtre est de 90 L/min.

Question 3 : Perte de Charge Totale (\(\Delta P_{\text{total}}\))

Principe :

La perte de charge totale à travers un filtre est la somme de la perte de charge du corps et de celle de l'élément filtrant. La perte de charge de l'élément est sensible à la viscosité de l'huile. On doit donc corriger la valeur de référence donnée par le fabricant pour l'adapter à la viscosité réelle du fluide en service.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\Delta P_{\text{élément, réel}} = \Delta P_{\text{élément, réf}} \times \frac{\text{viscosité réelle}}{\text{viscosité de réf.}} \times \frac{\text{densité réelle}}{0.86}\] \[\Delta P_{\text{total}} = \Delta P_{\text{corps}} + \Delta P_{\text{élément, réel}}\]
Calcul :

Correction de la perte de charge de l'élément :

\[ \begin{aligned} \Delta P_{\text{élément, réel}} &= 0.8 \, \text{bar} \times \frac{45 \, \text{cSt}}{32 \, \text{cSt}} \times \frac{0.87}{0.86} \\ &\approx 0.8 \times 1.406 \times 1.011 \\ &\approx 1.137 \, \text{bar} \end{aligned} \]

Calcul de la perte de charge totale :

\[ \begin{aligned} \Delta P_{\text{total}} &= 0.5 \, \text{bar} + 1.137 \, \text{bar} \\ &= 1.637 \, \text{bar} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : La perte de charge totale à travers le filtre neuf est d'environ \(1.64 \, \text{bar}\).

Question 4 : Acceptabilité de la Perte de Charge

Principe :

La perte de charge d'un filtre neuf doit être suffisamment basse par rapport à la pression d'ouverture du clapet by-pass. Cela garantit une marge de fonctionnement suffisante avant que le filtre ne se colmate et que le by-pass ne s'ouvre, ce qui laisserait passer l'huile non filtrée. Une règle commune est que la perte de charge initiale ne doit pas dépasser 1/3 de la pression d'ouverture du by-pass.

Vérification :
\[ \frac{1}{3} \times P_{\text{by-pass}} = \frac{1}{3} \times 3.0 \, \text{bar} = 1.0 \, \text{bar} \]

On compare la perte de charge calculée à cette limite :

\[\Delta P_{\text{total}} \approx 1.64 \, \text{bar} > 1.0 \, \text{bar} \quad (\textbf{Inacceptable})\]

La perte de charge initiale est trop élevée. Cela signifie que le filtre est sous-dimensionné pour le débit et la viscosité. Il faudrait choisir un corps de filtre de taille supérieure (qui aurait une \(\Delta P_{\text{corps}}\) et \(\Delta P_{\text{élément}}\) de référence plus faibles) pour réduire la perte de charge initiale et garantir une durée de vie correcte à l'élément filtrant.

Résultat Question 4 : Le filtre choisi n'est pas acceptable car sa perte de charge initiale est trop élevée.

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Le code de propreté ISO 4406 "18/16/13" signifie :

2. Un filtre de retour est généralement moins cher et plus facile à entretenir qu'un filtre de pression car :

3. Si la température de l'huile augmente de manière significative, sa viscosité va diminuer. Quel sera l'effet sur la perte de charge du filtre ?

Glossaire

Filtre Hydraulique
Dispositif conçu pour retenir les particules solides en suspension dans un fluide hydraulique afin de protéger les composants du circuit.
Code de Propreté ISO 4406
Norme internationale qui quantifie le niveau de contamination particulaire d'un fluide par une série de trois nombres. Chaque nombre représente une classe de contamination pour une gamme de taille de particules donnée (>4µm, >6µm, >14µm).
Perte de Charge (\(\Delta P\))
Différence de pression mesurée entre l'entrée et la sortie d'un composant hydraulique (comme un filtre). Elle représente la perte d'énergie due au frottement et aux obstacles à l'écoulement.
Clapet By-Pass
Soupape de sécurité intégrée à un filtre. Si le filtre se colmate et que la perte de charge atteint une certaine valeur, le clapet s'ouvre pour permettre à l'huile de contourner l'élément filtrant, évitant ainsi d'endommager le filtre ou d'interrompre l'écoulement.
Filtre de Retour
Filtre placé sur la ligne qui renvoie l'huile des actionneurs vers le réservoir. Il filtre l'huile juste avant son retour au stockage, nettoyant ainsi le circuit des particules générées par l'usure des composants.
Oléohydraulique - Exercice d'Application

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