Compression/dilatation de l’huile

Définition de la compressibilité : propriété que possèdent tous les corps de pouvoir être comprimés, de pouvoir diminuer de volume sous l’action d’une pression.
La différence de volume ainsi créée peut se calculer à l’aide de la formule suivante :
ΔV = V0 * ß * ΔP = V0 * ΔP / E
ΔV = différence de volume (litre).
V0 = volume d'huile initial (litre).
ΔP = différence de pression (bar).
ß = coefficient de compressibilité. Pour une huile minérale 6.10-5 < ß < 8,5.10-5 bar-1
E = module de compressibilité. E=1/ß.
Exemple 1 : Mise en pression d’un vérin sur une presse d’emboutissage.
Volume de la chambre du vérin à la fin de la phase d’approche :
100 litres.
Pression de travail : 350 bar.
ß= 8.10-5 bar-1 (donnée du fabricant d’huile).
ΔV= 100 x 8.10-5 x 350 = 2,8 litres
Il faudra donc ajouter 2,8 litres d’huile dans la chambre du vérin une fois arrivé en butée -  donc sans aucun mouvement du piston - pour atteindre les 350 bar de pression.

A noter : Le coefficient de compressibilité ß donné par le fabricant correspond à une huile complètement désaérée. Plus l’huile sera chargée en bulles d’air, plus elle sera compressible.

La dilatation 
Définition : Augmentation du volume due à l’augmentation de la température. La différence de volume ainsi créée peut se calculer à l’aide de la formule suivante :
ΔV = V0 * α * ΔT
ΔV= différence de volume (litre).
V0 = volume d'huile initial (litre).
ΔT = différence de température (degrés Celsius).
α = coefficient de dilatation thermique. Pour une huile minérale
α = 0,0007 °C-1.
Exemple 2 : Remplissage d’un réservoir hydraulique d’une capacité de 1000 litres.
Température ambiante : 20°C.
Température de fonctionnement maximale : 60°C.
A 60°C, la charge d’huile aura donc augmenté d’un volume de :
ΔV=1000 x 0,0007 x (60-20) = 28 litres

Astuce :
Afin d’éviter tout débordement, il conviendra donc de suivre la procédure suivante lors du remplissage d’un réservoir de grande capacité :
1. Calculer le volume de dilatation maxi ΔV.
2. Remplir le réservoir jusqu’au niveau maximum.
3. Purger le circuit.
4. Refaire l’appoint d’huile au niveau maxi (huile à température ambiante !).
5. Retirer un volume d’huile égal au ΔV calculé.

Exemple 3 : Considérons maintenant le vérin de l’exemple 1 à l’arrêt en raison d’une panne et proche d’une source de chaleur extérieure (cas d’une forge par exemple) :
Tige en butée mécanique, équipée d’un système de retenue de charge étanche, pression = 0 bar à 20°C.
Une augmentation de la température jusqu’à 60°C va provoquer une augmentation du volume d’huile dans la chambre du vérin de : ΔV=100 x 0,0007 x (60-20) = 2,8 litres.
La chambre du vérin étant étanche, cette augmentation de volume va donc se traduire par une montée en pression : ΔP= ΔV / (V0*β) = 2,8 / (100 x 8.10-5) = 350 bar !!!

Conclusion
Il faut bien penser à prendre en compte la compressibilité de l’huile sur des installations ayant des grands volumes d’huile ou des asservissements, la compressibilité induisant un temps de réponse à la montée en pression et une instabilité de régulation. La dilatation est elle aussi à prendre en compte avec les variations de température. Cela peut être aussi simple qu’un flexible équipé de push-pulls aux deux extrémités, étant resté toute une après-midi au soleil, que l’on ne peut rebrancher ».

Nicolas Delliere, Expert In Situ