Dans un contexte mondial marqué par la hausse des prix, les améliorations en matière d'efficacité sont les bienvenues.
Dans le domaine des lubrifiants, il est courant de rechercher des moyens d'optimiser l'efficacité.
Dans le secteur automobile, et plus particulièrement dans le domaine des huiles moteur et des huiles de transmission, l'efficacité est depuis longtemps un mot d'ordre.
Mais qu'en est-il de l'efficacité dans le monde des fluides hydrauliques ?
Ce n'est pas un domaine traditionnellement pris en compte lorsqu'il s'agit de se concentrer sur l'efficacité, mais les fluides hydrauliques efficaces sont un élément qui pourrait et devrait être pris en considération dans notre monde soucieux des coûts. Cependant, avec les fluides hydrauliques, l'efficacité n'est pas aussi facile à atteindre qu'avec des fluides plus traditionnels.
Dans le cas des huiles moteur et de transmission, les principaux facteurs à prendre en compte sont la réduction de la traînée et du frottement. En se concentrant sur la réduction de la viscosité et du coefficient de frottement, il est possible d'obtenir une réduction efficace de l'efficacité.
Dans un système hydraulique, deux mécanismes concurrents doivent être pris en compte : Premièrement, le mécanisme d'efficacité traditionnel, dont l'objectif est de faire circuler le fluide à travers la pompe avec un minimum d'effort. C'est ce qu'on appelle l'efficacité mécanique.
Le deuxième mécanisme à prendre en compte est le travail réel effectué par le fluide hydraulique. Le fluide part d'un carter, puis est pompé dans le système, actionnant les vérins hydrauliques sous pression, avant de retourner dans le carter. Le circuit hydraulique n'est pas parfait, il y a des pertes de débit dans tous les composants hydrauliques et des fuites se produisent, ce qui réduit la quantité de fluide de travail qui retourne directement dans le carter. Pour chaque dixième de litre de fluide pompé au début du circuit, seuls neuf litres peuvent revenir. C'est ce qu'on appelle le rendement volumétrique et, dans cet exemple, le système n'est efficace qu'à 90 %.
Ces deux mécanismes doivent être pris en compte et le fait qu'ils soient contradictoires constitue un problème majeur. Plus la viscosité du fluide hydraulique est faible, plus son rendement mécanique est élevé. Cependant, les fluides à faible viscosité s'échappent facilement du système, tandis que les fluides à viscosité élevée sont plus résistants à cet égard. Ceci est illustré dans le graphique ci-dessous, figure 1, où l'on peut voir que la viscosité du fluide agit de manière contradictoire dans les deux mécanismes d'efficacité.
Figure 1 – Graphique représentant la relation entre la viscosité et l'efficacité
La ligne pointillée visible sur le graphique représente l'efficacité globale du système. Celle-ci peut être déterminée en multipliant l'efficacité volumétrique par l'efficacité mécanique.
Efficacité globale = efficacité mécanique * efficacité volumétrique
La zone blanche du graphique met en évidence la viscosité optimale du fluide pour obtenir une efficacité maximale.
Idéalement, maximiser la zone blanche permettra d'obtenir un système plus efficace et permettra aux propriétaires et aux exploitants de réduire le coût de leurs opérations. Les fluides hydrauliques traditionnels sont des formulations monogrades et ont un indice de viscosité (VI) d'environ 95.
L'augmentation de l'IV d'une formulation augmente la plage de fonctionnement du fluide et, en fin de compte, augmente la zone de fonctionnement optimale en termes d'efficacité. L'augmentation de l'IV réduit la variation de viscosité sur une plage de températures, comme le montre le graphique ci-dessous, figure 2.
La ligne rouge représente un fluide traditionnel et la ligne verte un fluide optimisé à IV plus élevé. Plus la ligne est plate, plus la plage de viscosité optimisée est large.
Figure 2 – Graphique de l'indice de viscosité illustrant une viscosité optimisée en fonction de la température
Lorsque cela est transposé dans le graphique d'efficacité d'origine, l'effet est que la courbe volumétrique et la courbe mécanique se rapprochent et, au final, la zone de fonctionnement optimisée devient plus large, ce qui offre à l'opérateur une plus grande efficacité sur une gamme de températures plus large. Voir la figure 3.
La création d'un fluide hydraulique multigrade est assez simple, mais plus coûteuse que l'équivalent monograde. L'introduction d'un modificateur de viscosité polymère et l'ajustement de votre mélange d'huiles de base permettent de créer un fluide multigrade ISO 32/46/68 en fonction des besoins de l'équipement.
Le coût du fluide peut être plus élevé au départ, mais il a été calculé que l'efficacité pourrait être améliorée jusqu'à 28 % et les coûts d'exploitation jusqu'à 2,7 % pour les équipements mobiles et 8,5 % pour les équipements stationnaires*.
À une époque où chaque centime compte, l'introduction d'un fluide hydraulique multigrade mérite d'être sérieusement envisagée, car elle maximisera l'efficacité de votre système et pourrait réduire considérablement les coûts d'exploitation.
Figure 3 – Graphique illustrant la relation entre la viscosité et l'efficacité
Article rédigé par Andrew Gelder, Technical Product & Sales Manager, Lubricants & Energy, IMCD
Cet article a été initialement publié dans le numéro de janvier 2023 du magazine Lube Magazine de l'UKLA.
*https://360.lubrizol.com/2021/Energy-Efficiency-for-Hydraulic-Systems