David Gailey

L'industrie des sports automobiles est l'une des plus compétitives au monde aujourd'hui. Les équipes de course sont toujours à la recherche du moindre avantage sur les autres équipes. Ce marché hautement concurrentiel offre aux distributeurs d'essence et aux fabricants d'équipements une occasion unique de contribuer au développement de nouveaux produits et/ou processus permettant aux voitures d'aller plus vite et aux arrêts aux stands de se dérouler plus facilement.

Pendant de nombreuses années, la NASCAR, l'IRL, la CART et d'autres ligues de course ont peu pensé à améliorer les performances des équipements de contrôle de la pression et du débit de gaz.  Récemment, cependant, les équipes ont commencé à réaliser que c'est un domaine qui peut apporter des améliorations significatives en réduisant les temps d'arrêt au stand et en économisant sur les coûts d'équipement.

Utilisation des gaz

Toutes les équipes utilisent des gaz de soudage (Ar, CO2) pour construire et personnaliser les cadres. En plus de ces gaz de soudage traditionnels, une énorme quantité d'azote est utilisée pour alimenter les outils pneumatiques et pour suspendre les voitures pendant les arrêts au stand. La plupart des équipes disposent de grands chariots portables qui abritent de trois à six cylindres d'azote et les équipes ont presque toujours plus d'un chariot, de sorte que si des problèmes surviennent pendant une compétition, une autre installation est facilement disponible. Si l'on considère qu'il y a des centaines d'équipes de course professionnelles et des milliers d'équipes amateurs rien qu'aux États-Unis, il s'agit d'un énorme marché de gaz et d'équipements.  Et dans le monde entier, les courses professionnelles sont encore plus populaires qu'aux États-Unis.

Outre les gaz de soudage, il existe deux domaines d'utilisation des gaz dans les sports automobiles : le démontage des pneus et les systèmes de suspension embarqués.  Les pistolets de démontage de pneus sont généralement fabriqués sur mesure pour la configuration particulière des pneus.  La NASCAR et l'IRL, par exemple, ne fixent pas forcément les roues de la même manière.  Les écrous qui fixent les roues sont soumis à un couple très élevé et nécessitent des pistolets à impact à haut débit pour être retirés. Les pressions de travail typiques de ces pistolets sont de l'ordre de 150 à 350 psig.  Pour éviter les restrictions et assurer un débit adéquat, les ingénieurs doivent veiller à dimensionner correctement leur régulateur de gaz comprimé alimentant ces pistolets.  Le débit du détendeur d'alimentation ainsi que des tuyaux et raccords en aval affectera directement la rapidité avec laquelle les écrous de roue peuvent être retirés.  Un régulateur ayant un faible coefficient de débit (Cv) sera restrictif et ne fournira pas le volume de gaz nécessaire au pistolet, ou pourra nécessiter des pressions excessives (supérieures à celles prévues par le pistolet) pour atteindre les débits nécessaires au démontage rapide de l'écrou.

Les systèmes de suspension embarqués sont principalement utilisés dans les courses IRL, CART et Formule 1.  Les ligues de course NASCAR, ARCA et Busch utilisent des crics de voiture manuels lors des arrêts.  Ces systèmes de suspension embarqués utilisent de l'azote ou de l'air comprimé ainsi que des cylindres ou des pompes pneumatiques pour soulever la voiture. L'objectif principal est de soulever la voiture en un minimum de temps lors d'un arrêt. Correctement dimensionné, un système de contrôle du débit d'azote peut y parvenir en 0,9 à 1,2 seconde environ. Les pressions de travail typiques sont de 400 à 600 psig.  De nombreuses équipes essaient d'utiliser des détendeurs de soudage standard pour cette application.  Les détendeurs de soudage standard sont beaucoup trop restrictifs en termes de débit pour fonctionner de manière optimale pour cette opération et entraîneront une augmentation des temps d'arrêt.

Lors de la conception d'un système de contrôle de pression et de débit, il est impératif d'évaluer soigneusement chaque composant individuel pour déterminer s'il est adapté aux exigences de débit prévues.  Pour les sports motorisés, les ingénieurs doivent examiner le régulateur de gaz comprimé, les raccords rapides et le tuyau ou la conduite flexible utilisés.  Voici quelques directives générales pour le choix de ces composants.

Régulateurs de gaz comprimés
De nombreux ingénieurs dans le domaine de la course automobile ne parviennent pas à dimensionner correctement un détendeur d'azote pour son utilisation prévue.  Par exemple, les détendeurs de soudage standard ont des coefficients de débit de l'ordre de 0,1 à 0,3.

Le débit de ces détendeurs serait suffisant si les pressions de travail étaient supérieures à 500 psig, mais la plupart des outils pneumatiques ne sont pas prévus pour des pressions aussi élevées. En fait, la plupart des équipes n'utilisent pas plus de 250 psig pour les pistolets à roue. Dans ce cas, il faut utiliser des détendeurs avec une plage de sortie de 400 à 500 psig.  Cela permettra des ajustements dus aux chutes de pression dans les raccords et les tuyaux.

Les ingénieurs doivent utiliser des détendeurs de gaz comprimé dont le Cv n'est pas inférieur à 0,5.  La plupart des fabricants de détendeurs publient les informations relatives au Cv dans leurs catalogues de produits ou, si ce n'est pas le cas, ces informations sont facilement disponibles en contactant le fabricant.  Recherchez également les détendeurs dont les orifices de sortie sont supérieurs à ¼" NPT.

Souvent, un régulateur peut avoir une capacité de débit adéquate, mais le raccord de sortie est trop restrictif.  Des raccords de sortie d'au moins 3/8" NPT, Schedule 80 doivent être utilisés.  Les raccords Schedule 40 peuvent être utilisés si les pressions de service du raccord ne sont pas dépassées.

Ne commettez pas l'erreur d'utiliser des régulateurs à piston pour les applications de sports motorisés. Les ingénieurs doivent toujours utiliser des détendeurs à membrane pour les pressions inférieures à 1000 psig, en particulier dans les applications où des débits élevés sont nécessaires à des pressions relativement faibles. Les détendeurs à piston ont un faible Cv et une très mauvaise régulation du débit.  Cela se traduit généralement par de grandes variations du débit en cas de petites modifications de la pression de sortie du régulateur.  De plus, le débit diminue, lorsque la pression de la bouteille diminue, plus rapidement que les détendeurs à diaphragme.

Raccords à connexion rapide
Il suffit d'un seul maillon faible pour briser les performances d'un système de contrôle du débit.  Votre détendeur peut être capable de séparer la Mer Rouge, mais si le raccord rapide n'est pas correctement dimensionné, vous n'aurez pas un débit adéquat.  Les raccords rapides sont très importants pour les équipes de course car ils permettent de passer rapidement d'une configuration à une autre.  Il existe littéralement des milliers de ces raccords sur le marché. Il est extrêmement important de choisir un raccord rapide avec un Cv plus grand que le régulateur pour s'assurer qu'il ne limitera pas le débit du régulateur.  La plupart des équipes utilisent des raccords avec un Cv d'au moins 1,0.  Les raccords de cette taille auront généralement des raccords de tuyau de 3/8" ou ½".

Taille du tuyau/tuyau
De même, le tuyau utilisé doit être surdimensionné pour ne pas restreindre le débit. La longueur du tuyau ou de la conduite doit être prise en compte. Un tuyau d'un diamètre intérieur minimum de ½" doit être utilisé si la longueur est de 12 pieds ou moins. Si les tuyaux doivent être plus longs, un tuyau de 1" I.D. serait conseillé.  De plus, une chute de pression se produira normalement à travers une longueur donnée de tuyau, il faudra donc en tenir compte lors de la définition des pressions de travail.

Si ces directives générales sont suivies, les équipes de course peuvent obtenir des performances optimales avec leur équipement de contrôle de la pression et du débit.  Plusieurs équipes de course Cart, IRL et NASCAR ont déjà modifié leur équipement et récoltent les avantages d'un système d'azote correctement conçu en réduisant les temps d'arrêt au stand. Ce n'est pas une petite victoire car, dans ce secteur, une seconde à 200 mph vous rapproche de 293 pieds du drapeau à damier.

David Gailey est responsable des produits spécialisés pour le groupe Harris Products, une société de Lincoln Electric. Il travaille pour Harris depuis 27 ans et a été président du comité des appareils à gaz industriels de la CGA.