Une gamme complète de vannes en PPS pour la gestion des fluides alimentaires, mais pas seulement.
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Limiter la diffusion de substances toxiques dans les aliments et l’eau potable est une préoccupation. Au fil du temps est apparue une série de restrictions visant l’utilisation des matériaux à usage alimentaire. Entre autres, le laiton a fait l’objet en 2012, d’une attention particulière de la part des organismes de surveillance. En cause, la présence de plomb dans certaines formulations standards.
Les alliages de cuivre et de zinc OT58 ou CW614n sont traditionnellement utilisés pour le forgeage à chaud et le décolletage. On y retrouve environ 3% de plomb permettant de réduire l’usure des outils de coupe.
La nuance OT58 est normalement employée dans la fabrication des vannes, robinets, raccords et autres accessoires pour la distribution de l’eau potable et des liquides alimentaires.
Une problématique majeure est la capacité de ce métal lourd à lixivier progressivement dans l’eau sous l’action continue de lavage. Cela intervient essentiellement durant les premières mises en service des produits en laiton. Ce phénomène devient alors la cause d’une contamination au plomb dans des proportions bien supérieures aux limites recommandées par l’OMS. La OEHHA (California Office of Environmental Health Hazard Assessment) est justement l’une des institutions internationales ayant déjà émis des restrictions très claires à ce sujet sur leur liste « Prop 65 ». L’utilisation d’alliage à teneur en plomb très faible, voire nulle s’impose donc afin d’éviter toute altération des caractéristiques organoleptiques de l'eau mais aussi tout risque pour la santé.
La recherche d’alternatives immédiates à l’OT58, couramment employé dans le secteur de la plomberie et du sanitaire, ouvre la voie à des solutions innovantes.
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Les risques de contamination par le plomb ou le nickel dans les applications alimentaires imposent aux utilisateurs du laiton OT58 de faire de nouveaux choix pour la fabrication de leurs composants et accessoires. C’est justement le cas de la société italienne ODE (www.ode.it) basée à Colico (LC). Un concepteur et fabricant d’électrovannes, de bobines et autres organes hydrauliques que l’on retrouve en particulier dans les distributeurs de boisson (vending) et machines à café.
Fondée dans les années ’60, et fidèle à la tradition du laiton, le passage à de nouveaux matériaux constitue un réel défi technologique pour ODE. C’est surtout un changement de culture et d’expérience, dans un secteur de niche où la fiabilité fait la réputation de la marque dans une relation directe avec des clients très attentifs.
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Il n’y a pas de dérogation possible face aux obligations qu’impose la conception des vannes.
Tout d’abord, le contact permanent à l’eau potable ou autres liquides alimentaires : Le matériau doit disposer des certificats de compatibilité nécessaires auprès des organismes internationaux accrédités. Aucune substance ne doit être relâchée qui pourrait représenter une menace pour la santé humaine ou même altérer les caractéristiques de la boisson.
L’autre contrainte importante est la température des fluides circulant dans la vanne. Les distributeurs automatiques travaillent normalement avec de l’eau à 95°C pour la préparation des boissons chaudes. A une telle température, le corps de vanne doit garantir une résistance et une intégrité totale. Aussi, les risques de fuite des joints d’étanchéités et les pertes de charge liées à des déformations localisées sont à éviter absolument.
Du point de vue mécanique, les pressions imposées aux liquides sont considérables. Quand l’opération d’infusion exige 16 bars, ODE monte jusqu’à 80 bars pour le contrôle final de ses produits. La sollicitation est appliquée de façon statique ou cyclique sur un laps de temps prolongé, simulant ainsi les conditions réelles de fonctionnement des électrovannes.
S’agissant d’un composant monté sur un appareil électromécanique, le corps de vanne doit être absolument résistant au feu et disposer de la certification UL.
Enfin, la durée de vie et la fréquence des opérations de maintenance sont des facteurs essentiels. Dans les deux cas, elles doivent égaler voire même dépasser les produits traditionnellement en laiton.
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Face à des exigences techniques complexes et les risques encourus par toute nouvelle solution, la direction du bureau d’études ODE a opté pour un compound sur base Poly Sulfure de Phenylene (PPS), renforcé fibres de verre, le LARTON G/40 de LATI.
Une décision prise en concertation avec l’équipe technique LATI en conclusion d’une analyse précise qui a écartée toute autre solution pour des raisons diverses: Le PP et POM pour des limites thermiques, le PA pour sa reprise d’humidité, le PBT pour ses risques d’hydrolyse, le PPA pour le dimensionnel et enfin le PEEK pour une question de coût.
Un choix conforté par les nombreuses autres applications à succès de ces compounds PPS dans tout secteur industriel et environnement extrême. La caractéristique la plus pertinente du PPS est probablement sa remarquable résistance aux températures élevées. Seul le PEEK et très peu d’autres polymères sont plus performants, mais toutefois plus coûteux et moins simples à transformer.
La nature physico-chimique et la structure macromoléculaire rendent ce polymère particulièrement adapté au moulage par injection des géométries très complexes et épaisseurs fines. Les retraits différentiels faibles confèrent une précision dimensionnelle que d’autres résines ne pourraient égaler.
Le PPS est doté d’une remarquable tenue aux agent chimiques agressifs, organiques ou inorganiques, même à chaud. Non hygroscopique, ses propriétés principales ne se dégradent pas au contact prolongé à l’eau ou à la vapeur.
Naturellement auto-extinguible, le PPS n’utilise pas de retardateurs de flamme qui pourraient altérer les prestations mécaniques mais aussi compromettre sa compatibilité au contact de l’eau potable.
Le LARTON G/40 présente des capacités incontestables pour le remplacement du métal grâce à ses 40% de fibres de verre courtes. Une caractéristique qui favorise l’interface de la charge avec la matrice pour tirer le maximum de bénéfices du système de renfort. Le module élastique dépasse les 17 GPa avec une contrainte à la rupture proche des 200 MPa. Des niveaux bien supérieurs aux polymères les plus courants et largement suffisant dans le cas d’une géométrie de pièce bien adaptée.
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Les premiers tests d’endurance ont été menés par ODE conjointement à LATI au travers de simulations FEA (analyse par la méthode des éléments finis). L’objectif était d’évaluer le niveau d’effort appliqué sur la matière du corps de vanne jusqu’à sa pression d’épreuve, à température ambiante. Les 80 bars que l’on retrouve sur les parois internes des vannes 2 ou 3 voies se divisent en des pics ponctuels de contraintes selon le critère de Von Mises. Ces pics sont biens inférieurs aux limites acceptables de 95 MPa, en appliquant également un coefficient de sécurité de 1,8. Les éventuelles déformations font l’objet d’une attention particulière afin d’éviter tout risque de fuite au niveau des joints d’étanchéité. Le résultat du calcul annonce un jeu limité à quelques 1/100 de mm seulement.
Côté pratique, des premiers prototypes sont passés sur banc d’essais en laboratoire, en fonctionnent continu jusqu’à 900 heures. Une étape indispensable pour l’optimisation de la géométrie du corps de vanne, des moules et des conditions de production.
ODE est ainsi le premier du marché à proposer sa propre électrovanne en PPS « Made in Italy » qui portera la société à devenir rapidement le leader dans son secteur d’activité.
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Depuis les modèles 21JP et 31JP, plusieurs années sont passées. Le catalogue des électrovannes ODE pour le marché alimentaire s’est étendu maintenant à plusieurs dizaines d’articles en polymères PPS, PSU, POM et autres. Le PPS renforcé permet l’utilisation des corps de vanne au contact de l’eau chaude alimentaire jusqu’à 95°C. Certains produits disposent de la certification NSF-51 qui peuvent être utilisés, par exemple dans les distributeurs automatiques de boisson sur pieds ou les machines à café OCS (Office Coffee System).
Les tests sur les matières plastiques mettent en évidence de multiples points forts. D’abord, la tendance à former moins de résidus calcaires que les autres matériaux traditionnels augmente la fiabilité et durée de vie des appareils installés. Le PPS réduit considérablement le poids des corps de vanne comparativement au métal, avec une densité de 1,67g/cc du LARTON G/40, contre 8,73g/cc pour le laiton. Enfin, ce compound limite la dissipation de chaleur et la consommation énergétique grâce à sa conductivité thermique plus faible.
Tous ces aspects permettent aux électrovannes ODE de s’affirmer aussi avec succès dans les activités «HoReCa» de l'hôtellerie, de la restauration et des cafés. Des secteurs où la distribution de boisson doit être absolument conforme aux normes de qualité avec le contrôle précis du débit, pression et température de l’eau.
Les électrovannes ODE en PPS peuvent également convenir sous soucis pour le transfert d’autres fluides, par exemple, la vapeur d’eau à 140°C, des gaz inertes, sous pression et liquides alimentaires. Elles peuvent donc être utilisées dans d’autres applications telles que le pneumatique pour l’automatisation industrielle, le médicale, la stérilisation.
Bien entendu, l’introduction des électrovannes en polymère technique dans le secteur alimentaire et des boissons est conditionnée par le respect des normes et certifications internationales en vigueur.
Un succès entièrement « Made in Italy » mené par la synergie de deux entreprises, chacune leader dans son domaine.
Le polysulfure de phénylène est l’un des polymères techniques les plus performants utilisés dans l’industrie, offrant une inertie chimique exceptionnelle et une résistance température jusqu’à 200°C en continu.
La substitution du métal est un enjeu primordial dans notre industrie moderne qui fait face aux nouveaux défis du marché mondial, toujours plus exigeant.
Les matières plastiques se sont imposées depuis longtemps dans la fabrication des machines à café, tant pour les appareils domestiques que professionnels, y compris pour les hôtels et les métiers de la restauration.