Guide Air Comprime

8/10/2019 Guide Air Comprime

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GUIDE TECHNIQUE

LAIR COMPRIME


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TABLE DES MATIRES

1 PRINCIPES TECHNOLOGIQUES ET ECONOMIQUES .................................................................................................................................... 51.1 Importance et les rles de lair comprim dans le contexte de lentreprise ....................................... 5

1.1.1 Applications .......................................................................................................................................................................................................................... 51.1.2 Conduite des installations ................................................................................................................................................................................... 61.1.3 Rpartition budgtaire............................................................................................................................................................................................. 7

1.2 Notions clefs de lair comprim ............................................................................................................................................................................ 81.3 Installations dair comprim ...................................................................................................................................................................................... 91.4 les diffrents types de compresseurs ..........................................................................................................................................................10

1.4.1 Technologies de compression ......................................................................................................................................................................111.4.2 Rgulations des compresseurs ....................................................................................................................................................................15

1.5 le schage de lair comprim .................................................................................................................................................................................211.5.1 Scheurs par rfrigration ................................................................................................................................................................................211.5.2 Scheurs par absorption..................................................................................................................................................................................... 21

1.5.3 scheurs par adsorption .....................................................................................................................................................................................211.5.4 Scheurs par permation ..................................................................................................................................................................................211.5.5 par air comprim perdu, sans chaleur ...............................................................................................................................................22

1.6 Filtration dair comprim ............................................................................................................................................................................................231.6.1 Humidit ................................................................................................................................................................................................................................231.6.2 Poussires .............................................................................................................................................................................................................................231.6.3 Hydrocarbures .................................................................................................................................................................................................................231.6.4 Gaz nocifs ............................................................................................................................................................................................................................231.6.5 Filtration aprs compression ..........................................................................................................................................................................231.6.6 Ambiance de travail .................................................................................................................................................................................................24

1.6.7 Arosols dhuile .............................................................................................................................................................................................................241.6.8 Strilisation .........................................................................................................................................................................................................................251.6.9 Inconvnients ...................................................................................................................................................................................................................251.6.10 Classes et degrs de filtration.................................................................................................................................................................. 25

1.7 Traitement des condensats .......................................................................................................................................................................................261.7.1 Rglementations environnementales .................................................................................................................................................261.7.2 quipements .....................................................................................................................................................................................................................26

1.8 Rseaux dair comprim ................................................................................................................................................................................................271.8.1 Tuyauteries ..........................................................................................................................................................................................................................271.8.2 Vannes et raccords ....................................................................................................................................................................................................28

1.8.3 Dbitmtres........................................................................................................................................................................................................................ 281.8.4 Filtres, Rgulateurs, Lubrificateurs .........................................................................................................................................................28

1.9 Pertes de charge .......................................................................................................................................................................................................................291.10 Fuites .....................................................................................................................................................................................................................................................30

1.10.1 Gestion des fuites ...................................................................................................................................................................................................311.10.2 valuation des fuites ...........................................................................................................................................................................................311.10.3 Exemple du cot dune fuite..................................................................................................................................................................... 31

1.11 Vingt recommandations pour des configurations souhaitables de rseaux ................................311.12 Principales utilisations dair comprim................................................................................................................................................ 33

1.12.1 Soufflettes et buses ..............................................................................................................................................................................................33

1.12.2 Automatismes .............................................................................................................................................................................................................341.12.3 Raccords et colliers ................................................................................................................................................................................................34


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1.12.4 Outillages ..........................................................................................................................................................................................................................351.13 Applications pratiques .................................................................................................................................................................................................36

2 ETUDE DE CAS ..............................................................................................................................................................................................................................................372.1 Prliminaire .....................................................................................................................................................................................................................................372.2 Inventaire............................................................................................................................................................................................................................................ 37

2.2.1 compression ......................................................................................................................................................................................................................372.2.2 Traitement dair comprim ..............................................................................................................................................................................372.2.3 Distribution dair comprim ...........................................................................................................................................................................382.2.4 Utilisations dair comprim .............................................................................................................................................................................38

2.3 Bilan nergtique ...................................................................................................................................................................................................................392.3.1 Profils de consommation ...................................................................................................................................................................................392.3.2 Dperditions ......................................................................................................................................................................................................................40

2.4 lments financiers et de gestion ...................................................................................................................................................................402.4.1 Consommations nergtiques supplmentaires .................................................................................................................41

2.5 scheurs .................................................................................................................................................................................................................................................41

2.6 Refroidissement des compresseurs................................................................................................................................................................ 412.6.1 nergie volumique de production ........................................................................................................................................................412.6.2 nergie volumique lutilisation ............................................................................................................................................................412.6.3 Cot de lair comprim........................................................................................................................................................................................ 41

3 Sur quelles voies damlioration travailler en priorit ? ..............................................................................................................423.1 Fuites .........................................................................................................................................................................................................................................................423.2 Utilisations......................................................................................................................................................................................................................................... 423.3 Distribution ......................................................................................................................................................................................................................................423.4 Production .........................................................................................................................................................................................................................................43

3.4.1 Compression dair ......................................................................................................................................................................................................43

3.4.2 Traitement dair comprim ..............................................................................................................................................................................434 Rduction des consommations dnergie .........................................................................................................................................................44

4.1 Rduction des dbits ..........................................................................................................................................................................................................444.2 Rduction des pertes de charge ........................................................................................................................................................................444.3 Ajustement des moyens de production .................................................................................................................................................444.4 Ajustement de la rgulation des compresseurs .........................................................................................................................44

5 Amliorations possibles de la qualit de fourniture aux utilisations .......................................................................455.1 huiles et poussires ..............................................................................................................................................................................................................455.2 Humidit ..............................................................................................................................................................................................................................................455.3 Rgularit de pression .....................................................................................................................................................................................................45

6 valuation des futures performances .......................................................................................................................................................................466.1.1 nergie volumique de production ..........................................................................................................................................................466.1.2 nergie volumique lutilisation ..............................................................................................................................................................466.1.3 Cot de lair comprim........................................................................................................................................................................................ 46

7 conomies dnergie ..........................................................................................................................................................................................................................468 conomie globale ....................................................................................................................................................................................................................................469 Investissements ncessaires ....................................................................................................................................................................................................47

9.1 valuation des investissements........................................................................................................................................................................... 479.2 Dlai financier des retours sur investissement .............................................................................................................................47

10 mise en uvre des amliorations ...............................................................................................................................................................................

4711 suivi de lvolution des consommations ...........................................................................................................................................................48


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INTRODUCTION

Ce guide technique veut apporter les informations sur les principes technologiques de lair comprim et deses applications pratiques en entreprise, pour une meilleure efficacit nergtique.

Dans cette optique, ces informations sont propres rendre tangible les relations entre la thorie delefficacit nergtique et les pratiques industrielles.

Il sadresse tous, agents de lANME, bureaux dtudes et industriels, ainsi qu leurs clients et stagiairesafin quils puissent utiliser ces informations dans leurs activits professionnelles.

Comme tout travail de formation, il consiste amener les stagiaires se poser les bonnes questions et nonpas leur apporter des solutions toutes faites.

Le but est dapporter les informations permettant une rflexion approfondie sur les techniques daircomprim et de leur efficacit nergtique ainsi que sur les mises en actions concrtes de celles-ci pouraboutir un changement des comportements usuels, ceci en faveur dune meilleure gestion nergtiquedes installations.

Lobjectif est ici la cration doutils pdagogiques pouvant tre utiliss la fois par les agents de lANME,les bureaux dtudes et les industriels.

Les stagiaires lissue de leur formation pourront ainsi mettre en uvre dans lentreprise une dmarcheprospective.

Celle-ci sera en mesure dintgrer pleinement lefficacit nergtique des installations en partant desbesoins rels dair comprim en terme de fluide, de force et dnergie.

Cette dmarche se droulera au travers des installations de production et des rseaux de distribution daircomprim.


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1.1 Importance et les rles de laircomprim dans le contexte delentreprise

1.1.1 ApplicationsLair comprim est une nergie potentielle trs uti-lise dans toutes les entreprises, il reprsente enmoyenne 10% 15% de la facture dlectricit.

Il faut retenir aussi quun arrt dair comprimquivaut presque systmatiquement un arrtde production. Ce qui rvle le rle importantmais souvent mconnu quil tient au sein desentreprises.

Les principaux avantages en sont nanmoins :

Une bonne scuritdutilisation car les outilset accessoires peuvent tre utiliss dans desambiances explosives ou humides

Une bonne fiabilitdes appareils car ils sontgnralement robustes, simples de conception etdentretien.

Une bonne maniabilit des outils en poidset en dimensions ainsi quune grande rapidit detravail, de plus ces quipements ne craignent pas

la surcharge.Cette nergie est stockable, dans certains castou-tefois assez limits dans le temps, elle nencessite pas de circuits de retour

Les compresseurs peuvent faire lobjet de rcu-pration dnergie, ce qui est une excellentesour-ce defficacit nergtique quand cela estralisable dun point de vue pratique.

On la trouve dans pratiquement tous les secteurs

dactivit : Automobile: chanes de fabrication, outillageset chanes de peintures mais aussi dans les ga-rages, tleries et stations service, perceuses, outilsde serrage, gonflage, traitements de sur-facesdivers. freinage pour poids lourds, ouver-ture desportes dautocar, etc.

Aronautique: dmarrage des racteurs et enfabrication pour les perceuses, les riveuses, lescabines de peinture...

Arsenaux: renflouement de navires, manuten-tion de treuils, etc.

Lutte contre la pollution: barrires bulles,oxygnation de bassin.

Plastique - caoutchouc: commande de mou-

les, soufflage, formage des pices Bois: taux, outillage, pulvrisation, sciage, etc.

Agriculture : pompage, pulvrisation de pro-duits pressoirs pneumatiques ou bien encore pourloutillage dentretien du matriel

Alimentation: vrins de manutention en con-ditionnement, pulvrisation, dchargement.

Laiteries et fromageries: conditionnement.

Travaux publics et mines: perforateurs, bou-lonnage, cls chocs, pompage, manutention,

treuils, aration, maintien de votes, lutte contreles infiltrations.

Charpente mtallique: sablage, peinture, sou-dure.

Stations de ski: canons neige

Bureaux et htels : portes dascenseurs,acheminement pneumatique du courrier, cir-cuitde rgulation de lair conditionn

Blanchisseries et laveries: agitations de liqui-

de, manutention... Mdical : outillage chirurgical, assistance res-piratoire, roulettes de dentiste.

Et beaucoup dautres galement:

mcanique gnrale, fonderies, forges

cimenteries, verreries

rafneries, produits chimiques

produits pharmaceutiques

tanneries, teintureries

latures, confection papeteries, imprimeries

supermarchs

silos grain

chemin de fer

chantiers navals,

marine

distribution deau,

stations dpuration

usine de traitement des ordures mnagres ser-vices municipaux, casernes de pompiers, etc.

1 PRINCIPES TECHNOLOGIQUES ET ECONOMIQUES


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Dautre part, lindustriel payant dsormais desfac-tures dair comprim et ayant ainsi clairementiden-tifi ce poste de dpense, on peut esprerquil aura sans aucun doute le souci den rduireles montants et de limiter la consommation

dair comprim au strict ncessaire.Par contre les inconvnients en sont un sentimentde perte de contrle et de savoir-faire pourlindustriel, il accrot ainsi sa dpendance enversson fournisseur. De plus si la dlgation sarrteaux compteurs dair comprim aprs productionsur site, on assiste frquemment des drives deconsommations dair comprim car une certainedresponsabilisationqui prendra forme chez lesutilisateurs, le maillon intermdiaire de gestion des

rseaux nexistant quasiment plus.

1.1.3 Rpartition budgtaire

La rpartition du budget de lair comprim pourun compresseur est gnralement compriseentre 75 % pour le poste nergieet 25 % quise repartissent peu prs quitablement entreinvestissement et maintenance, ceci pour 6000 Hde fonctionnement annuel, pendant 5 ans, priodedamortissement comptable habituel des machines.

Si nous prenons par exemple un compresseur vislubrifies dune puissance absorbe en charge de100 kW, avec un taux de charge moyen de 75 %en puissance, ceci nous donne une consommationan-nuelle dnergie de 100 kW x 0,75x 6000 h/an= 450000 kWh x0,12 DT HT /kWh = 54 000 DT HT

La dpense nergtique sur 5 ans prix constantsera donc de 54 000 DT HT x 5 = 270 000 DT H.T.

La valeur neuve dune telle machine est denviron47 000 DT H.T.

Ce qui permet de dire quun compresseur con-somme en nergie ici chaque anne un peuplus que lquivalent de son prix dachat.

Si lon ajoute 10 % pour frais financiers et taxesprofessionnelles, le budget investissement devientalors de 51 700 DT H.T.

Le budget de maintenance totale quant lui,com-prenant lchange standard du bloc-vis ducompres-seur au bout de 30000 h et 5 ans, est lui

de lordre de 9600 DT H.T. par an, ce qui donne unbudget sur 5 ans de 4800 DT H.T.

Au global le budget dans ce cas est sur 5 ans de :

270 000 DT H.T. dnergie (73 %)

51 700 DT H.T. dinvestissement (14%)

48 000 DT H.T. de maintenance (13%)

pour un total de 369 700 DT H.T.

Toutefois lexemple du cas moyen utilis ici, netiens compte pour la dmonstration que dun

seul compresseur, alors quune centrale contientgnra-lement plusieurs machines.

Il faut encore ajouter les cots dexploitation despriphriques (scheurs, filtres et circuits de refroi-dissement)

Ce qui aura tendance faire augmenter la partin-vestissement/entretien et minimiser le poste

con-sommation nergtique,Les consommations dnergie de ces priphriques

ne sont gnralement que de 5% 7%de celledes compresseurs.

On peut arriver suivant le taux de charge de la

cen-trale une part nergtique qui reprsentealors en moyenne seulement 65 70 % du

budget global dune centrale neuve.

A linverse pour une centrale ancienne le poste

in-vestissement disparat presque totalement et lepos-te nergie peut grimper alors 80-85% du

budget.

Bien entendu plus le nombre dheures de fonction-

nement et plus le taux charge en rgulation serontlevs, plus le poste nergie sera leve. par

rapport un poste investissement identique et unposte de maintenance en lgre progression

Nous retrouverons alors pour 8000 h par an par

exemple un part 80-85% dnergie, pour unbudget global de lair comprim, investissementcompris cette fois-ci.


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1.2 Notions clefs de lair comprimPression effective ou relative(bar eff. ou bar r) : Prosaquementcest la pression qui est lue sur unmanomtre.

Pression absolue (bar abs):

Elle correspond la pression effective augmentede la pression atmosphrique (1,01325 bar ou760 mm de mercure (Hg) cest cette valeur quisera utili-se dans les calculs (en bar)

Temprature :

Exprime en degr Celsius (C) dansle langage courant cest bien entendules Kelvin (0C = 273,15 K) qui

serviront aux calculs, la tempraturetient une place importante dans lacompression dair.

Dbit rel (m3) :

Cest le dbit ramen aux conditions daspirationdu compresseur la temprature et la pressionde lambiance. Or compte tenu des fuites internesdes compresseurs, il faudrait exprimer le dbit relcomme tant le dbit dlivr en sortie du compres-seur et non pas aspir comme habituellement.

Normaux mtres cubes (Nm ou m(n))Le volume dune certaine quantit de gaz,exprim en m3, dpend de la temprature, de lapression ab-solue et de la teneuren humidit de ce gaz. Dansle cas dun mtre cube normal(m3 (n)), on considre que le gazse trouve sous une pression de 1,01325 b, unetemprature de 0 C et ltat sec (HR 0%).

Puissance nominale ou puissance plaque (kW)

Cest lindication de la puissance utile, nominale et

caractristique, indique notamment sur la plaque

signaltique du moteur.

Puissance absorbe surlarbre (kW) :

Cest celle qui estncessaire lentranementde llment compresseur.Cest une puissance

mcanique, elle est indique en charge totale oupartielle et vide. (Il est encore parfois fait tat

de cheval vapeur, il faut 736 W (0,736 kW) pourfaire 1 ch.)

Puissance absorbe aux bornes (kW) :

Cest la puissance lectrique demande aurseau dalimentation lectrique. Cette puissance

prend en considration le rendement du moteurlectrique. Cest la valeur qui doit tre retenuepour exprimer les performances du compresseur.

nergie spcifique (Wh/m3et Wh/Nm3) :

Cest lnergie ncessaire pour fournir le dbitrel. Elle doit tre exprimepar rapport la puissanceeffectivement absorbe auxbornes et le dbit rel-lementdlivr aprs la bride de sortie

dair du compresseur suivant la norme ISO1217.Norme IS0 1217 : Elle sert de rfrence pourindiquer les performances dun compresseur, pourles dbits aux conditions daspiration et les nergiesspcifiques. Elle indique une mthodologie de mesuremais pas prcisment les endroits du compresseur oucette mesure doit tre effectue. Les performancesannonces seraient donc sujettes caution, si ellesntaient pas expressment exprimes pour le groupecompresseur complet. Elle sappuie sur lnergie

rellement absorbe aux bornes du compresseur eny incluant tous les priphriques et sur le dbit dlivraprs la vanne de sortie dair comprim, ramen auxconditions daspiration. Ce dbit doit tre garantiavec une to-lrance maximale de 5 % pour lespuissances in-frieures 75 kW et 4 % pour lespuissances su-prieures.

Norme ISO2151 pour le bruit :

Elle spcifie des mthodespour la dtermination et ladclaration de lmissionsonore des com-presseursmobiles et fixes et despompes vide.

Point de rose : Cestla temprature laquelle un volume donnest satur de vapeur deau. Si la tem-praturedescend sous cettevaleur, la condensation secre. Celui-ci est indiqusous pression ou en airdtendu.


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P.P.M. :(Parties Par Million)

Elle est souvent utilisepour dfinir la teneur enhuile contenue dans laircomprim. 1 ppm. Correspond sensiblement 1

mg dhuile par m3.Perte de charge (bar):

Cest la pression perdue au passage dun appareilou dans les canalisations, par le frottement quilpro-voque avec lair comprim, son volution estpro-portionnelle au carr du dbit passant.

Taux de charge du compresseur :

Egal la consommation dair comprim divise parle dbit nominal du compresseur, il est conseill quilsoit limit 0,5 pour les compresseurs pis-tonssecs et 0,7 pour ceux pistons lubrifis. Pour lescompresseurs rotatifs, vis ou turbines la chargepeut tre de 100 %, cela est mme conseille pourune bonne performance nergtique.

1.3 Installations dair comprimPour pouvoir utiliser les machines et les outils air comprim, on doit disposer dquipements depro-duction et de distribution dair comprim.

Les quipements de production dair comprim

sont essentiellement constitus, dans lordre : Daccessoires daspiration: qui sont des gai-nesde ventilations, du traitement dair, des fil-tres etdes refroidisseurs dair aspir ventuel-lement. Caril y a ncessit de conditionner lair, sa pression, satemprature et sa qualit avant son entre dans lecompresseur si lon veut travailler efficacement.

Dun ou plusieurs compresseur qui peuventtre conus de diffrentes faons : Ils peuvent trerotatifs ou alternatifs, lubrifis ou non, etc.

En industrie, le compresseur est le plus souvententran par un moteur lectrique accouple-ment lastique par plots ou par courroie ou en-core par liaison directe par engrenages.

Lair produit par le compresseur est parfois utili-s directement temprature leve ou bien alorspasse au travers dun rducteur de tempra-tureappel rfrigrant final.

De filtres car avant dtre distribu, lair doit

tre partiellement ou totalement trait, dshuilsouvent, dpoussir.

Dun scheur ou plusieurs scheurs, car lairdoit tre sch pour viter les inconvnients dus la corrosion. Le scheur est le plus sou-vent detype frigorifique ou encore adsorp-tion.

Dun rservoir, car cet air sera stock fr-

quemment dans une cuve faisant office de tam-pon de rgulation. Il sert aussi damortisseur depulsations aux compresseurs pistons et acces-soirement rduit la temprature dair compri-m. Cet quipement comprend au minimumun manomtre qui indique la pression, unesoupa-pe de scurit qui vite toute surpressionacci-dentelle. Il possde aussi ventuellementun dispositif de rgulation pilot par la pressiondair comprim qui met vide ou larrt le

compresseur lorsque la demande diminue ou estinterrompue.

De purges et dunits de traitement des con-densats, car il faut vacuer les condensats issus dela compression, du refroidissement ou du schagede lair comprim.

Il faut aussi sparer leau et lhuile prsentes dansles condensats et traiter ces condensats avant deles relcher vers les points bas dvacuations des

eaux uses.La distribution dair comprim, est effectueen-suite en rseau au travers de canalisationrigide en acier noir, en acier galvanis, en acierinoxydable sertis ou non, en cuivre, en PVC, enencore en rsi-nes synthtiques.

Ces matriaux sont choisis suivant les contraintestechniques ou conomiques rencontres ou bienencore par habitudes

Ces habitudes dachat ne sont pas toujours pleine-

ment justifies, de plus des pressions et dansdiffrentes sections de tuyauteries par toujoursadaptes.

Sur les rseaux, que ce soit en ligne ou auxextrmi-ts avant utilisations, on trouve en grandnombre daccessoires :

- raccords, vannes et clapets,

- rgulateurs et dtenteurs,

- manomtres et dbitmtres,

- filtres, graisseurs, purges de ligne- Tuyaux flexibles..


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Les utilisations dair comprimsont excessi-vement varies, elles peuvent tre classes engrandes catgories que sont

- Les dbits dair libre

- Les outillages

- Les automatismes pneumatiques- Les autres usages de transfert.

- Les autres usages de souffle.

- Autres utilisations diverses

1.4 les diffrents types decompresseurs

Les compresseurs dynamiques

la compression de lair est obtenue par augmenta-tion de la vitesse de lair dans limpulser puis par latransformation de lnergie cintique en nergiepo-tentielle de pression lors de lintroduction delair dans le diffuseur.

Les compresseurs volumtriques

la compression est obtenue par rduction de volumedune quantit dair aspir donn. Si cette oprationest effectue trs lentement, il ny a pas daugmen-tation notable de la temprature et lnergie mca-nique ncessaire est relativement faible.

Cette compression idale, rarement possible, estditeIsothermique.

En fait les machines ont une vitesse leve, cequi entrane une augmentation considrablede la tem-prature et lnergie mcaniquencessaire est nettement plus importante. Si nousadmettons quil ny a pas eu de dperdition detemprature, nous dirons que cette compression

est adiabatique.Dans la ralit laugmentation de temprature estrduite par le dispositif de refroidissement. Mais lacompression est plus adiabatique quisothermiqueet elle est dite polytropique.

Pour se rapprocher, le plus possible, de la compres-sion idale, on la ralise par tape avec refroidisse-ment chacune delle, nous avons affaire uncom-presseur plusieurs tages.

Compression mono-tage: La compression estobtenue en un seul tage.

Compression bi-tage: Le premier tage (bassepression) refoule lair dans le deuxime tage (hau-

te pression); Entre les 2 tages lair est refroidi;Ce procd permet un gain sur le rendement de

lordre de 15 % mais complique la machine etrenchrit son prix.


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Compression multi-tage : En 3 ou 4 tages(mme davantage) ces machines sont rserves,le plus souvent, aux trs hautes pressions ou desma-chines dynamiques de grosses capacits.

Compression double effet:(le plus souvent surcompresseurs pistons mais existent sur des com-presseurs vis) Avec un compresseur doubleef-fet, on double pratiquement le dbit avec unema-chine peine plus grande.

1.4.1 Technologies de compression

La compression de lair peut tre mono oumulti-tages dans toutes les technologies. Lestechnologies utilises pour la production daircomprim comme utilit industrielle sont :

VolumtriquesIls sont soit alternatifs : les pistons lubrifis ounon ; soit rotatifs : les palettes lubrifies, lesvis lubrifies ou non, les lobes non lubrifis, lesspirales non lubrifies

Dynamiquesles turbines (non lubrifies).

Dans les compresseurs volumtriques, lobtentiondaugmentation de pression se fait par la rductiondu volume dair contenu dans une chambre. Dansles compresseurs dynamiques, laugmentation

de pression est obtenue par la transformation delnergie cintique. Leurs performances sont trsdpendantes des conditions daspiration

1.4.1.1 Compresseurs Pistons

La plus ancienne technologie utilise est deconcep-tion simple. Cest le mouvement alternatifdans un cylindre qui cr la compression et cesont des clapets qui assurent ltanchit entrelaspiration et le refoulement.

Ils possdent les meilleures nergies spcifiques(100 Wh/Nm3 7 b) ltat neuf et en pleine char-ge soit 5% de moins environ par rapport aux com-presseurs rotatifs pour des raisons dtanchit in-terne.

Mais les rendements se dgradent rapidement(0.5% 1% environ de perte par an) en fonctionde lusure de la segmentation et de la clapetterie

qui sont des pices mcaniques de contact enmouvement.

La segmentation Tflon pour les compresseursexempts de lubrification de lair accrot dautant lephnomne dusure.

Les compresseurs pistons ncessitent par cons-quent un entretien rgulier important. Ils sontnanmoins la seule alternative pour les trs hautespressions.


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1.4.1.2 Compresseurs Palettes

Un arbre tangent au stator cylindrique y tourneau-tour dun axe excentr. Des palettes radialesdis-poses dans larbre coulissent librement danslarbre contre la paroi du cylindre sous leffet de

la force centrifuge. La compression est obtenuepar la rduction des chambres formes entre lespalettes et le cylindre lors de la rotation.

Ltanchit entre aspiration et refoulement estas-sure par le film dhuile form au contact despalet-tes avec le cylindre. Ces palettes sont despices dusure, et de leurs tats dpendent lesperforman-ces du compresseur.

1.4.1.3 Compresseurs vis

Les plus utiliss, ils sont constitus dune vis mleet dune vis femelle qui sengrnent et tournenten sens inverse lune de lautre, places dans unbloc carter comportant orifices dadmission et derefou-lement.

La compression est obtenue en continu lors de larotation au moyen dabord de laspiration dairpar laugmentation du volume entre filets etcannelures puis par la rduction du volume entreces lments jusquau refoulement.

1.4.1.4 Compresseurs vis lubrifies

Le mouvement de rotation est transmis la vismle qui entrane la vis femelle.

Cest le film dhuile inject sous pression qui assurela lubrification des vis et des paliers, le refroidisse-

ment de lair comprim ainsi que ltanchitentre aspiration et refoulement. Comme pour toutcom-presseur lubrifi, il y a ncessit de sparer ensortie dlments, lhuile de lair comprim.

Ces compresseurs offrent une bonne nergiespci-fique pleine charge (105 110 Wh/Nm3 7 b) entre environ 10 et 250 kW de puissancemoteur installe, au-del les importantesquantits dhuile brasses font augmenter lesrisques dencrassement et de pertes de charge

du sparateur dhuile et ren-dent pnibles lesinterventions dentretien.

Les compresseurs vis lubrifies sont gnralementmono-tag dans la plupart des cas mais peuventtre aussi bi-tag. Avec un compresseur mono-tag, on obtient une pression maximale de 13 b.Avec un compresseur vis lubrifie bi-tag, onobtient une pression maximale de 20 b.

Les compresseurs bi-tags peuvent galementtre conus pour des pressions infrieures. Dansce cas, le gain de performance peut tre comprisentre 10 et 15 % par rapport des systmes

mono-tags.Ce gain est obtenu par la rduction des taux decompression respectifs des tages. Ceci permetde se rapprocher dune compression isothermiquequi serait idale. Ces compresseurs peuvent ounon dis-poss dun rfrigrant intermdiaire entreles deux tages tant donn le refroidissementdj effectu par la lubrification.

Ils sont peu rpandus, mais un souci accru dema-trise de lnergie pourrait relancer leur

commercia-lisation. Toutefois des problmes decot de fabri-cation et de tenue mcanique ont


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conduit par le pas-s les constructeurs ralentirleur dveloppement.

1.4.1.5 Compresseurs vis non lubrifies

Labsence de lubrification interdit tout contactentre les vis. Le mouvement de rotation est

transmis la vis mle qui, pour viter toutrisque, le transmet son tour la vis femelle parlintermdiaire dengrenages de synchronisation.Ltanchit entre vis et carter est obtenue parlajustement de lusinage. Cette tanchitimparfaite qui entrane une augmentation desfuites internes est partielle-ment compense parune augmentation des vitesses de rotation.

Ces compresseurs sont mono-tags par des pres-sions allant jusque 3,5 b effectifs et sont bi-tagspour des pressions allant jusque 10,5 b effectifs.Cette seconde disposition ncessite un refroidisse-ment intermdiaire entre les 2 tages.

Leur nergie spcifique est intressante entreenvi-ron 100 et 1500 kW de puissance installe,dautant plus quil ny a pas de sparateurdhuile et quil na pas ncessit davoir defiltration dhuile et de traitement des condensats,quipements coteux en nergie et en entretien.

Pour rappel, aux alentours de 7 b de pressiondutilisation, une lvation de 1 b reprsente 6 7% dnergie supplmentaire appli-que aumoteur du compresseur.

1.4.1.6 Compresseurs injection deau

Leur introduction sur le march est plutt rcente ce jour. Leur technologie se base sur lutilisationde vis parfois en cramique, leau venant tenir lerle habituel de lhuile mais des tempraturebien plus basses. Ceci au point quun rfrigrant

final nest plus indispensable, et avec les mmeavantages que la compression sans lubrificationconcernant labsence de traitement des condensatshuileux. Ces compresseurs mono-tags offrentdans la gamme de petites puissances jusqu 55kW en standard des performances proches descompresseurs vis lubrifi (110 130 Wh/Nm3).

Dvelopps pour les applications dans la productionpharmaceutique, lindustrie alimentaire etllectro-nique sensible, ils suppriment les risques

de conta-mination par lhuile et les surcotspotentiels asso-cis.

Ils ont trs bonne capacit de refroidissement deleau et vacuent de faon trs efficace la chaleur la source, ce qui permet une amlioration sensibledu rendement de compression.

Circuit dair

1. Filtre dadmission dair

2. Vanne dadmission dair

3. Elment compresseur

4. Claper anti-retour

5. Sparateur air/huile

6. Vanne de pression minimum

7. Rfrigrant final

8. Sparateur deau

9. Ventilateur

Circuit dhuile

10. Rservoir dhuile

11. Vanne thermostatique de bypass

12. Rfrigrant dhuile

13. Filtre huile

14. Tuyauterie de rcupration dhuile

1.4.1.7 Compresseurs lobes

Le principe de base et les applications sont les m-

mes que pour les vis non lubrifies. La seule diff-rence rside dans la technologie de compression,

les blocs sont constitus de 2 rotors plats ayant laforme de crocs.


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Leur commercialisation rsultede la ncessit dutiliserune technologie ayant descaractristiques voisines desvis exemptes de lubrification.

En effet, en de de 75kW environ, la ralisationde compresseurs vis nonlubrifies ncessite daugmenterconsidrablement la vitesse derotation des vis pour conserverune nergie spcifique encoreintressante(130 Wh/Nm3 7 b).

Ce type de compresseur lobes possde une pulsa-

tion de dbit par cycle decompression, comme les

compresseurs alternatifs (Pistons). Les puissancesactuelles vont de 18 90 kW. Ils sont mono-tags jusqu 2,5 b et bi-tags jusqu 8 b.

1.4.1.8 Les Compresseurs spirales

Ces compresseurs sont exempts de lubrification delair comprim. Le principe de compression rsultedu mouvement rotatif orbital de 2 spirales, luneest fixe (stator) et lautre mobile (rotor).

Le mouvement seffectue de faon continueet sans pulsations. Il nexiste pas de contactmtallique entre les lments. La spirale mobilerduit progressivement lair aspir la priphrieet le refoule par un orifice central.

Cette technologie dapplication relativementrcen-te dans lair comprim est limite despuissances de quelques kW (jusqu 22kw enmontage multi-effet).

Les caractristiques annonces pleine chargede 22 Nm3/h 7 b pour 3,7 kW installs soit 165Wh/m3dans le meilleur des cas contre 110 Wh/Nm3 pour les technologies vis, ne laissent pas

envisager de bonnes performances lavenir pourdes applications des puissances suprieures.

1.4.1.9 Les compresseurs centrifuges radiaux

Ils sont exempts de

lubrification de lair comprim

et sont plutt rservs auxconsommations importantes.

Ils sont radicalement diffrents

des compresseurs volumtriques par leurconception. Les compresseurs centrifuges sontplutt des gnrateurs de pression alors que

les compresseurs volumtriques sont plutt desgnrateurs de dbit.

On peut dire quun compresseur centrifuge est

une machine pression constante et dbit variablesui-vant les conditions de fonctionnement.

Inversement un compresseur volumtrique est une

machine dbit constant et pression variable etceci dans les deux cas pour des entranements par

moteur vitesse de rotation constante.

Cest la vitesse de lair trs leve qui cre la com-

pression et lacclration de lair se fait par uneroue appele impulser .

Lnergie cintique se transforme alors en nergie

potentielle de pression lorsque lair est ralenti par

son entre dans le diffuseur.Sur les compresseurs centrifuges, il existe une rela-tion trs troite entre la variation de la vitesse de

lair et donc de la rotation de la turbine et la varia-tion de la pression et du dbit.

Le compresseur fonctionne entre 2 limites appeles zone de pompage et point de choke .

Le pompage peut tre dfini comme une zone de

dbit minimal provocant des oscillations de dbit

et de pression, pouvant entraner des inversionsdu sens dcoulement du fluide.


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Ce mode de fonctionnement peut causer des dt-riorations importantes notamment des ailettes delimpulser et des paliers.

Il est vit en mettant latmosphre lair djcomprim et donc lnergie produite en excdent.

Le point de choke peut tre dfini comme lazone de dbit maximum et de pression minimumau-del de laquelle le fonctionnement devientinstable, mais qui ne cause pas de dtriorationimportante du compresseur.

Lnergie consomme est alors dissipe essentiel-lement sous forme de pertes.

Pour obtenir une pression de 7 b avec unrendement satisfaisant, il faut utiliser 2 3 tagesavec un compresseur radial.

Les lvations de tempratures alors occasionnesncessitent des rfrigrants intermdiaires entre

les tages.La gamme des compresseurs centrifuges radiauxfournissant un air comprim 7 b dbute au-

jourdhui partir dun dbit nominal proche de600 Nm3/h.

compresseur centrifuge 7b bi-tag

compresseur centrifuge 7 b tri-tag

1.4.2 Rgulations des compresseurs1.4.2.1 Marche-Arrt

Initialement ce mode de rgulation tait rservaux petits compresseurs de moins de 10 kW(pistons, spirales) dont les pointes dintensit audmarrage sont supportables par le rseau.

Ce type de rgulation trouve une nouvelle applica-tion avec les compresseurs quips de V.E.V. (va-riation lectronique de vitesse) par le fait de pou-voir dmarrer progressivement le moteur lectriquesans appel dintensit importante au dmarrage.

Inconvnients

Ce mode de rgulation pose plusieurs problmes :La pointe dintensit de dmarrage est suprieurede 5 6 fois lintensit nominale (In).

Si le compresseur ne dispose pas de dmarrage

toi-le/triangle, lchauffement considrable desen-roulements moteurs qui sen suit, limite parcons-quent considrablement le nombre des

dmarrages possibles dans lheure.

Hormis le dmarrage statorique qui nest plus utili-

s sur les compresseurs dair, le dmarrage toile-triangle pallie partiellement ces inconvnients.

La pointe dintensit est alors limite environ2 fois lintensit nominale pour des puissancesinstal-les suprieures 7,5 kW (10 ch.)

gnralement; en de lalimentation se fait en220 V monophas.

compresseur centrifuge 7b bi-tag

compresseur centrifuge 7 b tri-tag


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Toutefois le nombre de dmarrage sera limit une dizaine dans lheure mais les coups mcani-ques sur les organes de rgulation etdentranement des compresseurs (courroieset accouplements) p-nalisent la fiabilit et la

longvit de ces machines.Avantages

La conception des organes de rgulation est exces-sivement simple. Il ny a pas de temps de marche vide consommant 25 30 % de la puissancenomi-nale.

Pour les compresseurs quips de V.E.V, le dmar-rage progressif fait disparatre la pointe dintensitet permet dinstaller un accouplement direct,tant donn labsence d-coups mcaniques.

1.4.2.2 Tout-Ou-Rien

Sans doute, le mode de rgulation le plus utilis etle plus conome en nergie, si lcart de pressionncessaire (0,5 1 b de p) est admis par le rseaudair et si la charge en dbit est suprieure 75 %.

Ds que la pression atteint une indexation basse,la compression seffectue, puis ds que la pressionatteint lindexation haute, le compresseur passeen marche vide en attente dun nouveau besoin.

Une temporisation peut tre rgle de faon ceque le moteur lectrique sarrte aprs 6 10 mnde marche vide selon la taille des moteurs, si lecom-presseur na pas t sollicit.

La limite est fixe par le nombre de redmarragepossible dans lheure par type de moteur lectrique.Lnergie consomme vide slve entre 15 % et35 % suivant la technologie employe (pistons, visnon lubrifies ou vis lubrifies)

Inconvnient

Les temps de marche vide consomment 25 30 % de puissance pour les compresseurs vis lubrifies, 15 20 % pour les compresseurs pistons et les compresseurs vis exemptes delubrification.

Si une temporisation darrt nest pas programme,cette consommation sera permanente jusquau

pro-chain besoin dair comprim. A lextrmesi aucun besoin nest sollicit, lors dun week-end par exem-ple, le compresseur continuerade consommer de lnergie en tournant videconstamment.

Autre inconvnient, plus limit, la pression, rgleentre 0,5 et 1 b de p gnralement, nest pas

rgu-lire et fluctue entre indexation basse

et haute. Tou-tefois, leffet est annul si des

dtendeurs-rgulateurs sont installs aux points

dutilisation, il faut alors se rfrer la pression

moyenne pour valuer lnergie consomme. Des

-coups mcani-ques peuvent endommager les

organes de liaisons si ceux-ci nont pas t prvus

cet effet, (courroies et entranements directs parengrenage).

Avantages

Il ny a aucun tranglement de laspiration, et par

consquent pas de monte excessive du taux de

compression et de lnergie correspondante pour

un dbit donn. La performance nergtique est

opti-mum pleine charge ou consomme vide 25

30 % de la puissance.

1.4.2.3 Progressive par tranglement delaspiration

Ce mode de rgulation est ncessaire si lcart de

pression fourni doit tre trs faible. Le principe

en est de laminer laspiration dair afin de limiter

le dbit refoul une pression relativement

constante.

Ceci est possible de 0 100 % du dbit sur les

compresseurs vis lubrifies, mais 0 % de dbit,

la consommation nergtique reste suprieure de

50 % de la pleine puissance.

Des rgulations mixtes progressives / tout ou rien

sont le plus souvent installes de faon rguler

entre 70 et 100 % du dbit, puis de passer en

mar-che vide en de.

Ce mode de fonctionnement permet de garder

une pression linaire dans la plage considre.

Cette r-gulation consomme encore 85 90 % de

la puis-sance 70 % de dbit, et reprsente donc

une sur-consommation par rapport une simplergulation tout-ou-rien.


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Pour les autres technologies de compresseurs(vis exemptes de lubrification et centrifuge) etselon les constructeurs, la possibilit dune tellergulation existe entre 60, 70, 85 et 100 % etappelle les mmes remarques concernant lesconsommations.

Inconvnients

Ltranglement gnre une monte du taux decom-pression et de lnergie correspondante pourun d-bit donn, dans la plage de rgulation qui

est gnralement comprise entre 70 et 100 %pour les rgulations mixtes.

Par exemple 70 % de dbit, la consommationnergtique est encore de 85 95 %. Certainsfabricants proposent encore des rgulations partranglement, fonctionnant jusqu prs de 0 %du dbit.

Dans ce cas, la consommation nergtique restesu-prieure 50 %. Ce fonctionnement estencore appel rgulation en marche force oumarche continue.

Avantages

La pression est plus rgulire, les -coupsmcaniques sur les organes de transmissions sontmoindres, et des lments moins robustes peuventquiper ces compresseurs.

1.4.2.4 Progressive par valve spirale

Ce mode de rgulation estinstall sur des compresseurs

mono et bi-tags. Leprincipe est que cette valve

daspiration coulisse enrotation dans un cylindre.

La pression constante est assure par la rotation

de la valve, pendant la variation du dbit. Le dbit

non consomm est renvoy laspiration par des

lumires de by-pass dessines dans le carter du

bloc-vis; celles-ci sont ouvertes ou fermes en

fonction de la position en rotation et en translationde la valve.

Ce systme permet de faire varier le volume dair

comprim dans le bloc-vis. En plus de cette valve

spirale, une vanne papillon est installe en son

amont et lamine larrive dair. La combinaison de

ces deux organes permet une plage de rgulation

comprise entre 40 et 100 % du dbit. En de, lamachine est mise vide et la consommation de

puissance est rduite environ 25 %.

Inconvnients

La rgulation reste base sur ltranglement de

laspiration par une vanne papillon.

Avantages

Linconvnient prcdent est compens par

lutilisation de la valve spirale qui permet de rgu-

ler entre 40 et 100 % du dbit. A technologiegale pour des compresseurs mono ou bi-tag,

les per-formances nergtiques sont proches de

la rgula-tion tout ou rien en apportant une

meilleure r-gularit de la pression.

Lconomie dnergie par rapport une rgulation

progressive par simple tranglement daspiration

est comprise entre 10 et 15 %.

Par contre, par rapport un compresseur bi-tag

quip dune rgulation tout ou rien , il nesem-ble pas apporter davantages nergtiques

significa-tifs, lexception du fait que pour une

consomma-tion nergtique assez proche, la

pression est plus linaire.

Maintenant quand ce mode de rgulation est

appli-qu des compresseurs bi-tags, cela

permet de cumuler les 2 avantages, et dannoncer

une cono-mie globale de 25 30 % par rapport

des com-presseurs mono-tags quips de

rgulation pro-gressive par tranglement delaspiration.

1.4.2.5 Progressive par variation de vitesse derotation

Cest la solution la plus souvent retenue pour les

compresseurs mobiles de chantier. En effet, cette

rgulation est la base de la trs grande majorit

de ces compresseurs.

Leur entranement est fait le plus souvent par mo-

teur thermique. Le mode de rgulation est de typehydropneumatique.


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Lautre solution pour la variation de vitesse, est lavariation de vitesse lectronique (V.E.V.) du mo-teur lectrique des compresseurs fixes.

Elle est de plus en plus installe sur les compres-seurs vis lubrifies Nanmoins elle sapplique

aussi aux compresseurs vis exemptes de lubrifica-tion. Nous nvoquerons ici que la variation lec-tronique de vitesse quipant en standard des com-presseurs.

AvantagesLa performance nergtique reste proche de

loptimum quel que soit le dbit sollicit par le r-

seau et les organes de rgulation sont simplifis.

Laccouplement est direct, la rgulation est de type

Marche-Arrt, il nest plus ncessaire de prvoir

une marche vide, le sparateur air/huile nest plus

dpressuris, le dmarrage direct en charge est

permis sans surintensit. La pression est constante

et rgulire, la mcanique du compresseur estmoins sollicite.

Inconvnients

A pleine charge, la performance nergtique est

moins bonne que sur un compresseur avec rgula-

tion tout ou rien cause des dperditions de

londuleur (+ 10 % environ). Par contre, si le taux

de marche du compresseur est infrieur 75 %

en-viron, le systme devient trs intressant.

Linvestissement est consquent par rapport uncompresseur traditionnel (+ 50 %) Car il y a nces-

sit dquiper le compresseur dun moteur spcifi-

que, avec roulements spciaux et rotor mieux qui-

libr, auquel il faut adapter un refroidissement

in-dpendant appropri.

Il faut prvenir galement les chauffements

basse frquence par des sondes dans le bobinage.

Il faut aussi une armoire de commande plus

complexe avec protection contre les perturbationslectroma-gntiques et les harmoniques.


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1.4.2.6 Rgulation par mise latmosphre

Sans doute la plus gourmande en nergie puis-quelle consiste relcher latmosphre, lexcdentdair dj comprim et par consquent lnergiecorrespondante.

Cette technique est gnralement applique auxcompresseurs centrifuges. Toutefois ici aussi la r-gulation module par tranglement de laspirationest utilise. Son principe rside en un contrle depression indexe.

Le contrleur de pression transmet les ordres lavanne papillon daspiration et la vanne de mise latmosphre afin de maintenir lindexation depres-sion de 0 % 100 % du dbit.

Ce mode de rgulation maintient la pression de re-

foulement de manire quasi-constante. La plagede rgulation par tranglement est possible entre75 / 80 % et 100 % du dbit jusqu la limitede pom-page. En de, le dbit excdentaire estrelch latmosphre.

Sur certain compresseur, une rgulation mixtepro-gressive / tout ou rien est possible souscertaines conditions. Le compresseur fonctionnecomme dans la rgulation module, tant que lademande en air reste dans la plage dtranglementde la vanne daspiration.

Lorsque la demande dair diminue encore, le com-presseur est mis en marche vide en fermant lavanne daspiration et en ouvrant la vanne de mise latmosphre. La consommation nergtique estalors de 20 40 %.

Toutefois, cette opration nest ici possible quunedizaine de fois par heure et ne peut pas tre vrita-blement assimile la rgulation tout-ou-rien duncompresseur volumtrique, qui peut effectuer cetteopration 1 2 fois par minute sans problme.

AvantagesElle permet une trs grande rgularit de pression,et une variation de charge mcanique minimumdu compresseur.

Inconvnients

La phase de mise latmosphre est extrmementnergivore et consiste comprimer en pure pertelexcdent dair comprim non consomm afin defournir au compresseur, les conditions optimalesde fonctionnement mcanique.

Ceci se comprend puisque ce mode de rgulationquipe les compresseurs centrifuges aux vitesses

de rotation extrmement rapide et par consquenttrs sensibles aux vibrations.

1.4.2.7 Autres modes de rgulation pour lescompresseurs centrifuges.

Pour les compresseurs les plus importants, etcomp-te tenu des cots de ralisation, dautresmodes complmentaires de rgulation sontpossibles mais sur des plages bien plus limites.

Ce sont les aubages rglables laspiration, les

au-bages rglables au diffuseur, et galementla varia-tion de vitesse, mais dans une moindremesure car la rduction de la vitesse va agir lafois sur la r-duction de dbit mais galement surla pression dair qui doit rester constante.

Dans le cas des aubages rglables au diffuseur,des dispositifs sophistiqus permettent une plagede r-gulation entre 40 et 100 % du dbit descompres-seurs mono-tags pour des applications basse pression infrieures 3 b.


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Enfin il est possible galement dutiliser la varia-

tion de vitesse sur le compresseurs centrifuges, on

le fera gnralement sur les compresseurs mono-

tags et basse pression (moins de 2 b).

1.4.2.8 Comparatif des diffrentes Plages de

rgulation

En rsum voici classes de la plus petite la plus

grande quelques possibilit de plage de rgulation

75 / 80 % 100 %pour la rgulation module

sur un compresseur centrifuge

70 100 %pour la rgulation progressive par

tranglement daspiration sur compresseurs vis

lubrifies

60 100 %pour la rgulation par tranglementdaspiration sur compresseurs exempts de

lubrification.

50 100 %pour la rgulation progressive par

valve spirale

40 100 % pour la rgulation par variation

de vitesse sur compresseurs vis exemptes de

lubrification,

20 100 %pour la rgulation par variation de

vitesse sur compresseur vis lubrifies.

0 ou 100 %du dbit et rgulation de P depression sur les compresseurs tout ou rien et

Marche-Arrt.

Graphique des modes de rgulation des compresseurs dair rotatifs et de leurs nergies spcifiques


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1.5 le schage de lair comprim

1.5.1 Scheurs par rfrigrationLes scheurs de ce type doivent fournissent un aircomprim avec un point de rose de 2 3C soit5,5 6 g deau par m3dair comprim.

Anciennement, ils utilisaient comme fluide frigori-gne du Fron R12 (CFC) ou bien encore du R22(HCFC).

Lutilisation de ces fluides pose problme parrapport la rglementation concernant les CFC etHCFC. Pour palier partiellement au problme lesplus rcents utilisent par exemple du R 134a.

Les consommations lectriques de ces scheurssont faibles, 3 3,5 kW pour 1000 m/h. Soit

2,5% 3% environ de la puissance absorbe ducompresseur dair correspondant.

1.5.2 Scheurs par absorptionLes moins usits car bien que ne consommant pasdirectement dnergie, ils sont de grands consom-mateurs de matires absorbantes.

Ces matires absorbantes (sels gnralement) sont changer rgulirement en fonction de la chargedhumidit vacuer, gnralement la totalit du

contenu de la cuve doit ltre tous les 6 mois.

Ils ne maintiennent

quun cart de point

de rose (20C) entre

leur entre et leur

sortie dair.

Dautre part, ils

sont sensibles la

temprature ambiante

et la temprature daircomprim, il est doncrecommand de les

installer lextrieurdes btiments.

1.5.3 scheurs par adsorptionRequis pour des points de rose infrieurs ( partirde -20C ou 0,88g /m3), ils sont plus gourmandsen nergies lectriques ou pneumatiques que lesmodes de schage prcdents.

Quatre modes de rgnration existent : par air comprim perdu et sans chaleur

par chaleur externe (ventilation + rsistances

lectriques)

par chaleur interne (rsistances lectriques)

par air comprim recycl

scheur par adsorption

1.5.4 Scheurs par permation

Scheurs membrane qui reposent sur le principe

de la permation. Lair comprim traverse des fibres

creuses et poreuses qui ne laissent chapper que

les molcules deau. Ce traitement dcentralis

permet dassurer une protection des quipements

sensibles quelque soit la qualit dair dlivr par lacentrale de production.

Ces units compactes

sont prvues pour le trai-tement de dbits jusqu150 m3/h pour des pointsde rose variables ente10C et 40C. Sonfonctionnement ncessite

une consommation daircomprim denviron 10%

scheur par adsorption


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1.5.5 par air comprim perdu, sans chaleurIls consomment 15 20 % du dbit nominal. Ilssavrent tre la solution la plus onreuse dunpoint de vue nergtique.

Traiter 1000 m3/h un point de rose de -20C

peut ncessiter de consommer environ 16% dudbit nominal du scheur, soit 160m3/h ou 16 kWau mieux si le scheur est utilis pleine capacit,ce qui est rarement le cas et la consommation parrap-port au dbit traiter sera suprieure.

Il faut au mieux environ 100 kW pour produire1000 m3/h 7 b, mais compte tenu des nergiesspcifiques dues aux rgulations des compresseurs,pour produire 1000 m3/h la consommation est plu-tt de 150 kW en moyenne, soit un quivalent de

24 kW consomms par le scheur pleine capacit.1.5.5.1 par chaleur externe (ventilation +rsistances lectriques)

Cette solution est meilleure et la consommation estici essentiellement lectrique, il faut 11 kWh envi-ron pour 1000 m3/h jusqu - 40C de point de rose[0,117 g/m]. Les contraintes de maintenance nesont pas ici suprieures celles du type prcdent,puisque la rgnration ce fait galement par venti-lation dair chaud, mais extrieur.

1.5.5.2 par chaleur interne (rsistanceslectriques)

La consommation lectrique est comparable autype prcdant, mais permet dobtenir un pointde rose de -30C [0,33 g/m] sous pression.Les contraintes dutilisation par contre sont plussvres et les varia-tions des paramtres de dbit,de pression et de temprature, entranent unesurchauffe intempestive des particules adsorbantesdommageable pour le matriel.

1.5.5.3 par air comprim recyclLa consommation nergtique est limite parexemple au moteur de rotation dun tambour quicontient le tamis molculaire, soit 0,7 kW maxi-mum quel que soit le dbit, et la perte de chargequi est proche de 0,3 b (2% dnergie 7 b).

La rgnration du scheur est faite par une partie delair chaud provenant du compresseur, qui est ensuiterefroidi et rinject en amont du scheur pour tretrait son tour. Cest le type le plus co-nomique,

mais il ncessite un air exempt dhuile et son utilisationest limite quelques fabricants de compresseurs.


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1.6 Filtration dair comprimLaspiration dair descompresseurs contienttoute la pollutionatmosphrique ambiante

aux machines. On ytrouve des poussires,des hydrocarbures, despollens, des bactries,des germes. On y trouveaus-si des gaz toxiques,des produits chimiqueset bien sr lhumidit ambiante.

1.6.1 HumiditLhumidit relativede lair est de 70% en moyenne, cequi reprsente une temprature de20C, un poids deaude 12,5 g/m3 dairaspir. Dans le cyclede compression, la temprature slve et lairest ensuite refroidi pour permettre son utilisation.

La temprature en sortie du compresseur estsouvent proche de 35C et une teneur en eau de39,28 g/m. Seuls les scheurs sont rellementefficaces pour la rduction du poids deau parun abaissement du point de rose, les filtres neschent par lair. Leau tant un lment vital pourles microorganismes, plus lair sera sec, moinsle dveloppement des mi-croorganismes serapossible.

1.6.2 Poussires

Les proportions despolluants varieronten fonction desconditions locales etdu degr de filtrationplace laspirationdu compresseur qui sersume gnralement une filtration des poussires. Les compresseursaspirent couramment 190 millions de particules

par m3 dair. Ces particules ont une taille sesituant entre 10 ppm et 0,01 ppm et sont de

taille nettement infrieure aux filtres daspirationdes compresseurs (50 3 ppm). Ces particulespeuvent transporter les microorganismes et ellessont surtout une nuisance pour les procds.

1.6.3 Hydrocarbures

Prsents dans notreatmosphre avec uneteneur mi-nimum de 0,01mg/m3, ils se prsententsous forme molculaire etne peuvent tre retenusque par une adsorptionsur charbons actifs. Ceshydrocarbures dgagent des gots et des odeursqui seront capts et retenus par ceux-ci qui

permettront notamment de traiter les influencessur la saveur des produits de lagroalimentaire.

1.6.4 Gaz nocifsPrsents danslatmosphre causedes rejets indus-triels etdu trafic routier, ils sonttrs agressifs en milieuhumide et provoquent

une corrosion rapide despices mtalliques.

Il faut abaisser le taux dhumidit relative, carsans prsence de vapeur deau, ces gaz perdentde leur pouvoir de corrosion. Le taux dhumiditrelative doit se situer sous 50 %, plus lair sera sec,meilleu-re sera ltat du rseau dair.

1.6.5 Filtration aprs compression

La qualit dair comprimdlivr une grande im-portance car, nous venonsde le voir, elle peut tre lasource dune contamination(virus et bactries) et depollutions par hydrocarbures(vapeurs, arosols etliquides), gaz divers etparfois toxique (CO, CO2,H2S,NOX), poussires avecune forte agres-sivit (pHcompris entre 3 et 4).


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1.6.8 StrilisationDans certains cas dutilisation, Il peut y avoiraussi ncessit de striliser lair comprim quidoit tre exempt de microorganismes. Le filtrestrile doit alors tre install au plus prs du point

dutilisation et servirde filtre de scuritdont la fonctionsera la retenue desmicroorganismespouvant migrer dutraitement primairede lair comprimindustriel.

Ces microorganismes sont retenus avec une

efficacit proche de 99,99999 % 0,01 pm et

seront dtruits par un cycle de strilisation afin

de stopper les risques de dveloppement et de

migration vers les procds. Cette strilisation

peut se faire soit en autoclave mais avec des

risques de contamination pendant les phases de

manipulation soit se faire en ligne par de la vapeur.

1.6.9 Inconvnients

La multiplication de filtres installs en ligneaug-mente les pertes de charge enregistres

par la rgu-lation des compresseurs : (0,3 0,4

bars en moyen-ne par filtre) Ils crent ainsi une

surconsommation nergtique (+1 b = + 6 7 %).

Il convient donc de limiter le nombre de filtres

et leur degr de filtration au strict ncessaire

moins que loption de produire de lair totalement

exempt de lubrification soit retenue. Dans ce castoutes les filtrations pour dshuilage sont vites.

Dans le cas dutilisation intensive ou/et dair

de qua-lit une production dair exempt de

lubrification est souvent envisageable plutt que

lutilisation dair lubrifi filtr.

Comme la production dair et aux utilisations,

il existe des filtres qui peuvent tre placs histori-

quement diffrents endroits du rseau.

Hlas ces filtres sont devenus assez souvent

inutiles soit parce quune nouvelle filtration tinstalle dans la salle des compresseurs et que la

qualit dair de ce fait sest amliore soit parce

que les cartouches ne sont plus changes et sont

totalement colmates ou bien parce quil ny a

plus de cartou-che dans les corps de filtres.

Dans tous les cas, ces filtres gnrent des pertes

de charges (0,3 0,4 bars en moyenne) et leur

utilit devrait tre rtudie comme pour un

certain nom-bres dautres verrues sur le rseau

1.6.10 Classes et degrs de filtration

Les niveaux de qualit dair tant varis suivant

les impratifs des utilisations, il existe une norme

internationale ISO 8573-1pour les classifier.

Ces diffrentes classes de qualit peuvent tre

ajustes selon les besoins et rien noblige avoir

la mme classe dans toutes les catgories. Il est

par exemple trs courant davoir un besoin enqualit de type ISO 8573-1 classe 2-4-2(frquent)

pour la plupart des automatismes pneumatiques

ou plus pouss de type ISO 8573-1 de classe

1-3-1 (pour linstrumentation fine) mais bien

dautres combinaisons sont possibles.


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Il est noter que la norme ISO 8573-1 Ed. 2 (2001)a t rvise en 2010 pour modifier la teneur en

particules et donner naissance la nouvelle norme,ISO-8573-1 Ed. 3 (2010)qui fait tat dune classe0 pour les teneurs en huile, o aucune tracedhydrocarbure nest susceptible dtre dtecte.Dune manire gnrale la Classe 0 que ce soitpour les particules, lhumidit ou lhuile, nindiquepas de valeurs prcise mais des caractristiquessus-ceptibles dtre meilleures que la classe 1, telque spcifi par le client ou le constructeur.

LISO 8573-1: 2010spcifie les classes de puretde lair comprim concernant la prsence departicules, deau et dhuile, quel que soit leuremplacement dans le systme dair comprimpour lequel lair est spcifi ou mesur.

LISO 8573-1: 2010 fournit des informationsgnrales sur les polluants prsents dans les systmesdair comprim ainsi que des liens vers dautres partiesde la srie de lISO 8573 en matire de mesurage dela puret de lair comprim ou de la spcification des

exigences de puret de lair comprim.Au-del des polluants de particules, deau etdhuile, mentionns ci-dessus, lISO 8573-1:2010identifie galement des polluants gazeux etmicrobiologiques.

1.7 Traitement des condensats

1.7.1 Rglementationsenvironnementales

Par exemple en France, la production dair com-

prim entre dans la nomenclature des installationsclasses pour lenvironnement, La lgislation rela-

tive aux rejets dhydrocarbure oblige au traitementde ces effluents polluants.

Les condensats provenant de compresseurs lubri-fis, fortement chargs dhydrocarbures, avec desteneurs pouvant atteindre 11grammes par litre,sont des rejets nuisibles notre environnement.

Elles sont pour les installations classes de 10 mg/lsi le rejet dpasse 1 00 grammes de condensats par

jour. Elles sont pour les installations non classesde 20 mg/l. Ces valeurs peuvent varier suivantesrgions et tre modifies par les autorits locales.

Les condensats contiennent gnralement 99% deau pour seulement 1% dhuile mais desconcen-trats dhuile jusqu 10 g/l sont frquents.

Quelles quelles soient, les huiles des compresseurs,contenues dans les condensats sont difficilementbiodgradables et entravent lapport doxygneet la dcomposition des boues dans les stationsdpura-tion. Lefficacit de tout le processusdpuration sen trouve perturb.

Il faut un systme de sparation huile-eau adapt

pour les condensats disperss. Ce systmedevra rpondre la rglementation en vigueurlocalement, leau traite pourra ensuite trerejete lgout mais les condensats contenantplus de 20 mg/l dhuile ne peuvent en aucun castre rejetes.

Il convient donc de sassurer dans chaque paysde la rglementation en vigueur et en labsenceven-tuelle de rglementation, dinstaller lesquipements standardiss distribus sur place

dans un souci de bon sens et de prservation delenvironnement de chacun.

Classe

Particules solides par m3 Humidit Huile

0.1 - 0.5

microns

0.5 - 1

microns

1 5

micronsPoint derose C

Rsidueldhuile en

mg/m3

1 100 1 0 -70 0,012 100 000 1000 10 -40 0,1

3 - 10 000 50 -20 1

4 - - 1000 +3 5

5 - - 2000 +7 25

6 - - - +10 -


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1.7.2 quipements1.7.2.1 Purges capacitives

Tous les lments dune station dair comprim, lescompresseurs, les scheurs frigorifiques, les filtres,les cuves ncessitent lutilisation de purgeurs auto-matiques de condensats. Dan le cas dun systmede traitement spcifique des condensats, il fautprvoir lutilisation de purges capacitives adaptesau bon fonctionnement de lunit.

1.7.2.2 Sparation des condensatsUnits de base (pour 20 mg/l)

Les condensats arrive sous pression dans la cham-bre de dtente. Les impurets solides transportespar le condensat saccumulent dans un collecteur.Dans le rservoir sparateur, lhuile remonte lasurface par gravitation puis est vacue vers uncollecteur dhuile. Le condensat, prtrait, traverseun pr-filtre coalesceur, puis un filtre adsorption

par charbon actif. Le pr-filtre absorbe les goutte-lettes dhuile rsiduelles et le filtre retient les der-nires particules dhuile.

Units complexes (pour 5 10 mg/l)

Par membrane:Une chambre de dcompressionpermet de sparer les condensats de lairdtendu qui passent ensuite dans une chambrede sdimenta-tion. Lhuile qui surnage danscette phase est va-cue vers un rservoir dercupration. Deux filtres coalesceurs avec un

effet de sparation complmen-taire rduisentle concentrat dhuile dans les condensats avant

dalimenter un procd dultrafil-tration aprsstockage intermdiaire dans une cuve tampon.Puis les molcules deau et dhuile sont fil-tres:leau passe travers la membrane, lhuile estretenue. Leau pure peut tre vacue vers

lgout.Par floculation : Les mulsions de condensatssont amenes via une chambre de dtente dansune ca-pacit au sein de laquelle seffectue unepuration prliminaire des effluents. Lvacuationde lhuile seffectue ce niveau. La sparationgravimtrique permet alors de sparer les fractionsdhuile libres. Une pompe aspire leffluent purer dans la cuve de traitement de lunit defractionnement, le trai-tement de leffluent y est

ralis par lajout dun flo-culant. Puis seffectueen une seule opration le fractionnement et lasparation de lmulsion. Les particules dhuileset dimpurets sont enrobes par le floculant etforment des flocons plus facilement filtrables quisont achemins dans des sacs et y sont filtrs.Leau pure peut tre rejete lgout.

1.8 Rseaux dair comprimCest lensemble des lments dune installation

dair comprim compris entre les quipements deproduction dair comprim et les utilisations.

Ces lments transportent, dirigent, rpartissent,isolent, traitent, comptent, rgulent, filtrent etlubri-fient les flux dair comprim.

Ils se composent de tuyauteries, vannes, raccords,dbitmtres, filtres, rgulateurs, lubrificateurs,Purges.

1.8.1 Tuyauteries

Les qualits requises sont :

une bonne tanchit pour limiter les fuites,

une faible rugosit pour limiter les pertes de

charges, une bonne rsistance la pression,

une bonne rsistance aux contraintes mcani-

ques,

une bonne rsistance la corrosion,

une bonne exibilit des liaisons avec les utili-

sations mobiles.

Les matriaux utiliss sont frquemment en

acier noir ou peintparce quils sont traditionnels etbon march, mais ils sont sensibles la corrosion.

unit standard de sparation des condensats


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Pour palier ce dfaut ils peuvent tre galementen acier galvanis qui est plus durable mais quivoit lapparition de corrosion aux soudures.

On a donc de plus en plus souvent recours auxaciers inoxydables, solution plus chers mais beau-

coup moins sensible la corrosion, gnralementutilise pour les applications chimiques et alimen-taires.

Parmi ces solutions existent les tuyauteries enacier inoxydable serti, plus rcents dapplication,ces acier inoxydables fins et sertis aux jonctions,per-mettent des gains de temps de pose et unebonne tanchit.

Concurrentiellement existent les canalisations enaluminium peintou non, elles proposent des instal-lations pesant un tiers du poids de lacier et sontrelativement plus esthtique. Elles sont rservesplutt aux rseaux secondaires et prsentent untrs bonne facilit de montage et de dmontage.

Les canalisations peuvent tre parfois en cuivre(plus rarement en Europe quen Amrique) pourdes raisons dhabitude et de standardisation demontage dans le domaine des gaz et les fluidesmdicaux, mais cest une solution qui est chre et

plutt rser-ve aux petites tuyauteries.Enfin des rseaux en rsine synthtique, proposentune conomie de mise en uvre, des revtementslisses qui limite les pertes de charges et une qualitdair conserve. Mais elles ont une plus faibles r-sistance mcanique et une plus grande sensibilit lagression des huiles synthtiques.

Pour terminer, des tuyaux en plastiques soupleset en caoutchouc viennent complter le paneldes matriaux utiliss pour les canalisations daircompri-m, ils sont installs pour des utilisationsmobiles, mais aussi parfois hlas pour rseauxfixes avec pertes de charge et fuites consquentes.

1.8.2 Vannes et raccords

1.8.2.1 Vannes

Gnralement ce sont des vannes quart detour boules ou des vannes papillon. Elles sontchoisies en fonction de leur encombrement ou deleur prix ou bien encore en fonction du standard

de lentreprise, plus rarement en fonction de leursadaptations lusage de lair comprim. Selon leur

type, on rencontrera des problmes dtanchitou de perte de charge.

1.8.2.2 Raccords

Ils assurent le raccordement des utilisations aurseau de distribution. Ils en existent de plusieurs

types : raccords pompiers ou encore appeltte de chat, des raccord rapides, etc.. .

Ils sont sans doute la source principale de fuitesdune installation dair comprim, notammenten ce qui concerne les colliers visser quimaintiennent les flexibles sur leurs cannelures etqui se desserrent rapidement au fur et mesuredes manipulations. Leur tanchit est donc vrifier assez fr-quemment.

1.8.3 DbitmtresLes dbitmtres installs pour la gestion des fluxdair comprim occasionnent galement selon leurtechnologie des pertes de charge plus ou moinsim-portantes de 0,1 0, 3 bars. Ils sont de type :

Dbitmtre pistons rotatifs

Dbitmtre diaphragme ou orice plaque

Dbitmtre venturi ou tuyres

Dbitmtre tube de pitot moyenn

Dbitmtre turbine en ligne ou insertion

Dbitmtre vortex en ligne ou insertion

Dbitmtre massique thermique

1.8.4 Filtres, Rgulateurs,Lubrificateurs1.8.4.1 Filtres

Comme la production dair

et aux utilisations, il existe des

filtres qui peuvent tre placs

histori-quement diffrents

endroits du rseau. Hlasces filtres sont devenus assez

souvent inutiles:

- soit parce quune nouvelle

filtration t installe dans

la salle des compresseurs et

que la qualit dair de ce fait

sest amliore

- soit parce que les cartouches

ne sont plus changes et sonttotalement colmates ou bien


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parce quil ny a plus de cartouche dans les corpsde filtres.

Dans tous les cas, ces filtres gnrent des pertes decharges (0,3 bars en moyenne) et leur utilit devraittre rtudie comme pour un certain nombre

dautres verrues et accessoires sur le rseau.1.8.4.2 Rgulateurs

Leur rle est de rduire et de rgularis la pression durseau au niveau de celles requises par les utilisations.

Ceci malgr les variations existant en leur amont sur lerseau et en leur aval aux utilisations. Ils conomisentlnergie en limitant le niveau de pression utilis.

1.8.4.3 Lubrificateurs

Ils ont pour vocation de lubrifier les outils pneuma-tiques et sont attels gnralement un filtre et un rgulateur pour former un FRL .

Leur remplissage nest pas toujours correctementassur et leur loignement des utilisations negaran-tt pas une bonne lubrification.

1.8.4.4 Purges

Comme sur les appareils de compression et detrai-tement dair de la centrale, il existe assezsouvent des purges diffrents endroits du rseaude distri-bution.

Elles ont pour vocation dvacuer leau condensepar le refroidissement de lair dans les canalisa-tions. Elles peuvent tre :

A commande manuelle

Automatique otteur mcanique

Cyclique par temporisation dlectrovanne

Capacitive auto-dclenchement par niveau

1.9 Pertes de chargePour lensemble dun rseau, elles peuvent tred-finies comme la perte de pression compriseentre la sortie de la centrale de production dair etle point dutilisation le plus dfavorable.

Les causes en sont les frottements de lair dansles tuyauteries, leur rugosit a une influence dunfac-teur 1 1,66 suivant ltat et de la nature de latuyauterie, et les turbulences par changement dedirection et celles provoques par obstacles.

Elles sont proportionnelles au carr du dbitpassant Les vitesses de passage dair devraient treproches de 5 m/s pour un bon coulement sanstrop de per-tes.

En ralit elles sont bien souvent proches de 10m/s. Les pertes de charge saccumulent au fur et

mesure des sections traverses et des obstacles.1.9.1.1 Consquences

La chute de pression lutilisation dgrade les per-formances des quipements pneumatiques. Cellesdun outil, par exemple, sont donnes pour unepression de 6 b et chaque baisse de pression de1 b occasionne une perte de rendement de 25%

Pour y remdier, on peut envisager daugmenter lapression de production dair, mais celle-ci se traduitpar une augmentation de la puissance absorbe

par les compresseurs (6 7% dnergie par barsup-plmentaire pour les pressions voisines de 7 b).


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Laugmentation de pression fait aussi augmenterproportionnellement les fuites (une fuite 7 b est16,7% plus importante qu 6 b).

Ainsi si lon suppose un taux de fuite proche de20%, limpact sur la consommation nergtique

dune augmentation de 1 b de pression sera globa-lement proche de 10% pour lensemble dune ins-tallation. [6,5 % + (20%x16,7 %= 3,34%]= 10%

1.9.1.2 Calcul de pertes de charge

Les pertes de charges en ligne sadditionnentcest le cas le plus dfavorable qui va conditionnerle ni-veau de pression minimum. La perte decharge dans une canalisation peut se calculer dela manire sui-vante :P = F x L x D 1.85

d5 x P

P = perte de charge en bar ;

D = dbit en m3/s ;

d = diamtre intrieur du tube en mm ;

P = Pression nominale en bar absolu ;

F = Facteur dcoulement (6 x 108pour lacier)

1.9.1.3 Pertes en ligne

Il faut remarquer que les tuyauteries choisies lasuite des calculs thoriques lors de leur installation

ont toutes les chances de rester de taille identiques

quelle que soit lvolution des consommations de

lentreprise. Ceci aura pour consquences de pro-

voquer des pertes de charges importantes (de 1

3 b dans certains cas).

Pour une nouvelle installation, il est donc intres-

sant de dimensionner celles-ci largement en choi-

sissant des tuyauteries de une deux tailles sup-

rieures ce quont indiqu les calculs dorigine

pour les canalisations principales.

Mais calculer de la manire prcdente lensemble

des pertes de charge dun rseau savre laborieux

et imprcis, on prfre donc gnralement ut

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