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S.A.R.L. capital 38 000 € / SIRET 417 917 812 00048 / TVA INTRA : FR 27417917812Air Energie Ouest – PA des coteaux de Grand Lieu – 1 rue des Douelles – 44830 BOUAYE T�l : 02 51 80 40 06 Fax : 02 51 80 40 07 www.airenergie.fr / E-mail : airenergie@wanadoo.fr
Tous droits réservés.Toute reproduction, même partielle, est interdite.Toute reproduction d’extraits de cet ouvrage par quelque procédéque ce soit (photocopie, film, systèmes électroniques ou autres),dans un but de formation également,requiert l’autorisation écrite de l’éditeur.© 1999 · BOGE KOMPRESSORENLechtermannshof 26 · D-33739 BielefeldAuteur: Ulrich Bierbaum (Boge Kompressoren)
Günther Freitag (Sievert Druck + Service GmbH)Réalisation: Sievert Druck + Service GmbHISBN original: 3-89646-016-1
I
Sommaire
Sommaire
1.1 L'histoire de l'air comprimé ................................................... 1
1.1.1 Les origines de l'air comprimé ............................................... 11.1.2 Les premières applications de l'air comprimé ........................ 2
1.2 Unités et formules ................................................................... 6
1.2.1 Unités de base ...................................................................... 61.2.2 Unités employées dans le domaine de l'air comprimé ........... 6
1.3 Qu'est-ce que l'air comprimé ? .............................................. 7
1.3.1 Composition de l'air ............................................................... 71.3.2 Propriétés de l'air comprimé .................................................. 71.3.3 Comportement de l'air comprimé ........................................... 7
1.4 Bases physiques ...................................................................... 8
1.4.1 Température .......................................................................... 91.4.2 Volume ................................................................................. 91.4.3 Pression ............................................................................. 101.4.3 Volume débité ..................................................................... 11
1.5 Air comprimé déplacé .......................................................... 13
1.5.1 Comportements du courant ................................................. 131.5.2 Types de flux ....................................................................... 13
2.1 Avantages de l'air comprimé ............................................... 14
2.2 Plages de pression ................................................................ 17
2.3 Exemples d'applications de l'air comprimé ........................ 18
2.3.1 Tendre et serrer avec de l'air comprimé ............................... 182.3.2 Transporter avec de l'air comprimé ...................................... 182.3.3 Entraînement par air comprimé ........................................... 192.3.4 Peinture à l'air comprimé ..................................................... 192.3.5 Soufflage à l'air comprimé ................................................... 192.3.6 Vérifier et contrôler avec de l'air comprimé .......................... 202.3.7 Commander et régler avec de l'air comprimé ....................... 20
2.4 Exemples d'applications spécialisées ................................. 21
3.1 Compresseurs ........................................................................ 24
3.1.1 Compresseurs dynamiques (turbocompresseurs) ................ 243.1.2 Compresseurs volumétriques .............................................. 24
3.2 Types de compresseurs ......................................................... 25
3.2.1 Compresseurs standard ...................................................... 263.2.2 Compresseur à piston ......................................................... 273.2.3 Compresseur à diaphragme ................................................ 293.2.4 Compresseur à piston libre ................................................. 303.2.5 Compresseur à multicellulaire ............................................. 313.2.6 Compresseur à anneau liquide ............................................ 323.2.7 Compresseur à vis .............................................................. 333.2.8 Compresseur Roots ............................................................ 343.2.9 Compresseur axial .............................................................. 353.2.10 Compresseur radial ............................................................. 36
1ère partie
Principes fondamentaux
de l'air comprimé
2è partie
Domaines d'emploi de l'air
comprimé
3è partie
Les compresseurs d'air
Chapitre Page
II
Sommaire
4è partie
Régulation des
compresseurs
Chapitre Page
3.3 Compresseurs à pistons ........................................................ 37
3.3.1 Généralités ......................................................................... 373.3.2 Volume aspiré - Débit .......................................................... 383.3.3 Refroidissement .................................................................. 393.3.4 Réfrigérant .......................................................................... 403.3.5 Régulation des compresseurs à piston ............................... 403.3.6 Avantages des compresseurs à pistons .............................. 403.3.7 Modules d'un compresseur à piston .................................... 41
3.4 Compresseurs à vis ............................................................... 42
3.4.1 Généralités ......................................................................... 423.4.2 Compression ....................................................................... 423.4.2 Principe de fonctionnement ................................................. 433.4.3 Circuit de l'huile ................................................................... 443.4.4 Circuit de l'air ...................................................................... 453.4.5 Récupération de la chaleur .................................................. 463.4.6 Régulation de l'aspiration .................................................... 463.4.7 Avantages des compresseurs à vis ..................................... 463.4.8 Modules d'un compresseur à vis ......................................... 47
3.5 Modules équipant les compresseurs ................................... 48
3.5.1 Moteur d'entraînement ......................................................... 483.5.2 Courroies trapézoïdales....................................................... 483.5.3 Système de tension de courroie .......................................... 483.5.4 Soupapes d'aspiration et de refoulement ............................. 493.5.5 Soupape de sécurité ........................................................... 493.5.6 Filtre d'aspiration ................................................................. 49
3.6 Lubrifiants et réfrigérants pour compresseurs .................... 50
4.1 Définitions de pression ......................................................... 51
4.2 Etats de fonctionnement ....................................................... 52
4.2.1 Arrêt ( L0 ) ........................................................................... 524.2.2 Marche à vide ( L1 ) ............................................................. 524.2.3 Charge partielle ................................................................... 534.2.4 Pleine charge ( L2 ) ............................................................ 53
4.3 Régulation des compresseurs .............................................. 54
4.3.1 Mode intermittent ................................................................ 544.3.2 Marche à vide ...................................................................... 544.3.3 Mode intermittent retardé .................................................... 554.3.4 Charge partielle ................................................................... 564.3.4.1 Régulation progressive ........................................................ 564.3.4.2 Réglage de la fréquence ...................................................... 56
4.4. La commande ARS ............................................................... 57
4.4.1 Automatic ........................................................................... 584.4.2 Autotronic ........................................................................... 584.4.3 Ratiotronic .......................................................................... 594.4.4 Supertronic ......................................................................... 59
III
Sommaire
5è partie
Traitement de l'air
comprimé
Chapitre Page
4.5 Régulation de plusieurs compresseurs ............................... 60
4.5.1 MCS 1 et MCS 2 ................................................................. 604.5.2 MCS 3................................................................................. 614.5.3 MCS 4................................................................................. 624.5.4 MCS 5................................................................................. 634.5.5 MCS 6 ................................................................................ 644.5.6 MCS 7 ................................................................................ 65
5.1 Pourquoi traiter l'air comprimé ? ........................................ 66
5.1.2 Planification ........................................................................ 675.1.3 Conséquences d'un mauvais traitement de l'air comprimé ... 685.1.3 Impuretés contenues dans l'air ............................................ 69
5.2 L'eau contenue dans l'air comprimé ................................... 70
5.2.1 Hunidité de l'air ................................................................... 705.2.2 Points de rosée ................................................................... 715.2.3 Teneur en eau de l'air .......................................................... 715.2.4 Quantité de condensat lors de la compression .................... 725.2.5 Exemple de calcul de la quantité de condensat .................. 735.2.6 Quantité de condensat qui se forme lors d'une lourde
journée d'été ....................................................................... 745.2.7 Définition du point de rosée sous pression .......................... 755.2.8 Point de rosée sous pression après détente ....................... 76
5.3 Qualité de l'air comprimé ..................................................... 77
5.3.1 Classes de qualité selon la norme DIN ISO 8573-1 ............ 77
5.4 Méthodes de séchage ........................................................... 78
5.4.1 Conditions d'exploitation ..................................................... 795.4.2 Condensation par surcompression ...................................... 805.4.3 Condensation par séchage par réfrigération ......................... 815.4.4 Diffusion par séchage à diaphragme .................................... 825.4.5 Sorption par absorption ....................................................... 835.4.6 Sorption par adsorption ....................................................... 845.4.6.1 Régénération sans chaleur .................................................. 855.4.6.2 Régénération à chaud interne .............................................. 865.4.6.3 Régénération à chaleur externe ........................................... 875.4.6.4 Régénération par le vide ...................................................... 885.4.7 Emplacement du sécheur d'air comprimé par réfrigeration ... 895.4.7.1 Sécheur placé avant le réservoir d'air comprimé .................. 895.4.7.2 Sécheur placé après le réservoir d'air comprimé .................. 90
5.5 Filtre à air comprimé ............................................................ 91
5.5.1 Terminologie de base des filtres .......................................... 915.5.1.1 Pouvoir séparateur du filtre h [ % ] ....................................... 915.5.1.2 Chute de pression ∆p ......................................................... 925.5.1.3 Pression de service ............................................................. 925.5.2 Séparateur centrifuge .......................................................... 935.5.3 Préfiltre ............................................................................... 945.5.4 Filtre microporeux ............................................................... 955.5.5 Filtre à charbon actif ........................................................... 975.5.6 Adsorbeur à charbon actif ................................................... 985.5.7 Filtre stérile ......................................................................... 99
IV
Sommaire
7è partie
Besoins en air comprimé
6è partie
Elimination du condensat
8è partie
Détermination de la taille
de la station de
compresseurs
Chapitre Page
6.1 Condensat ............................................................................ 100
6.2 Evacuateur de condensat ................................................... 101
6.2.1 Evacuateur de condensat à soupape manuelle .................. 1026.2.2 Evacuateur de condensat à commande à flotteur .............. 1026.2.3 Evacuateur de condensat à électrovanne à ouverture
synchronisée .................................................................... 1036.2.4 Evacuateur de condensat à mesure de niveau électronique 1046.2.5 Evacuateur de condensat à flotteur à niveau par mesure
du niveau de remplissage .................................................. 105
6.3 Traitement du condensat .................................................... 106
6.3.1 Séparateur huile-eau ......................................................... 107
7.1 Consommation d'air des appareils pneumatiques ........... 108
7.1.1 Consommation d'air comprimé des buses ......................... 1087.1.1.1 Consommation d'air comprimé des buses cylindriques ..... 1097.1.1.2 Consommation d'air comprimé des pistolets à peinture ..... 1107.1.1.3 Consommation d'air comprimé des buses de pulvérisation 1117.1.2 Consommation d'air comprimé des vérins ......................... 1127.1.3 Consommation d'air comprimé des outils .......................... 113
7.2 Détermination de la consommation d'air comprimé ....... 115
7.2.1 Durée de fonctionnement moyenne ................................... 1157.2.2 Facteur de simultanéité ..................................................... 1167.2.3 Définition des besoins en air comprimé ............................. 1177.2.3.1 Consommateurs d'air comprimé automatiques .................. 1177.2.3.2 Consommateurs d'air comprimé généraux ......................... 1187.2.3.3 Consommation d'air comprimé totale ................................ 1187.2.4 Suppléments pour pertes et réserves ................................ 1197.2.5 Débit nécessaire DN ......................................................... 119
7.3 Pertes d'air comprimé......................................................... 120
7.3.1 Frais provoqués par les pertes d'air comprimé ................... 1207.3.2 Détermination du volume de fuite....................................... 1217.3.2.1 Détermination des fuites en vidant le réservoir ................... 1217.3.2.2 Détermination des fuites par mesure de la durée de
fonctionnement ................................................................. 1227.3.3 Limite des volumes de fuites ............................................. 1237.3.4 Mesure à prendre pour limiter les pertes d'air comprimé .... 1237.3.5 Remise en état d'un réseau d'air comprimé ....................... 124
8.1 Le type de compresseur ..................................................... 125
8.1.1 Compresseurs à vis .......................................................... 1258.1.2 Compresseurs à piston ..................................................... 125
8.2 Pression maximale pmax ................................................... 126
8.2.1 Facteurs influençant la pression d'arrêt pmax.................... 126
V
Sommaire
9è partie
Le réseau d'air comprimé
Chapitre Page
8.3 Détermination du volume d'un réservoir d'air comprimé.. 127
8.3.1 Conseils relatifs au volume des réservoirs d'air comprimé 1278.3.2 Série normalisée et pressions de service pour différentes
tailles de réservoirs d'air comprimé .................................... 1278.3.3 Volume du•e réservoir d'air comprimé d'un compresseur .. 128
8.4 Fréquence de démarrage du compresseur ...................... 129
8.4.1 Durée d'arrêt du compresseur ........................................... 1298.4.2 Durée de fonctionnement du compresseur ........................ 1298.4.3 Détermination du nombre de démarrages du moteur ......... 130
8.5 Exemples de configurations de compresseurs ................. 131
8.5.1 Exemple de calcul pour compresseurs à pistons .............. 1318.5.1.1 Détermination de la pression maximale pmax ................... 1318.5.1.2 Détermination de la taille du compresseur ......................... 1328.5.1.3 Volume du réservoir d'air comprimé ................................... 1328.5.1.4 Conception du compresseur .............................................. 1338.5.1.5 Démarrages du moteur du compresseur ............................ 1348.5.2 Exemples de calcul pour compresseurs à vis .................... 1358.5.2.1 Exemple de calcul de la pression maximale pmax ............ 1358.5.2.2 Détermination de la taille du compresseur ......................... 1358.5.2.3 Dimensionnement du réservoir d'air comprimé ................... 1368.5.2.4 Fréquence de démarrages du compresseur....................... 1368.5.3 Résumé des critères de choix d'un compresseur .............. 137
8.6 Remarques relatives à la configuration du compresseur 138
8.6.1 Rendement et pression de travail ...................................... 1388.6.2 Pression de service variable des consommateurs ............. 1398.6.3 Systèmes composés de plusieurs compresseurs ............. 139
9.1 Le réservoir d'air comprimé ............................................... 140
9.1.1 Stockage de l'air comprimé ............................................... 1409.1.2 Amortissement des pulsations .......................................... 1409.1.3 Evacuation du condensat .................................................. 1419.1.4 Exploitation des réservoirs d'air comprimé ......................... 1419.1.5 Installation des réservoirs d'air comprimé .......................... 1419.1.6 Prescriptions de sécurité appliquées aux réservoirs
d'air comprimé .................................................................. 1429.1.6.1 Division en groupes de contrôle ......................................... 1429.1.6.2 Fabrication des réservoirs d'air comprimé .......................... 1439.1.6.3 Devoir d'enregistrement et de surveillance ......................... 1439.1.6.4 Experts et personnes spécialisées selon les § 31 et 32
des directives allemandes sur lesréservoirs d'air comprimé 1439.1.6.5 Inspection des réservoirs d'air comprimé ........................... 1449.1.6.6 Types d'inspections ........................................................... 1469.1.6.7 Extraits supplémentaires de la directive relative aux
réservoirs d'air comprimé ................................................... 1469.1.7 Accessoires nécessaires sur le réservoir d'air comprimé ... 1479.1.7.1 Soupape de sécurité ......................................................... 148
VI
Sommaire
10è partie
Le local technique du
compresseur
Chapitre Page
9.2 Le réseau de distribution .................................................... 149
9.2.1 Structure du réseau de distribution .................................... 1499.2.1.1 La conduite principale ....................................................... 1499.2.1.2 Le circuit de distribution - tuyauterie périphérique .............. 1509.2.1.3 Le circuit de distribution - tuyauterie en dérivation ............. 1519.2.1.4 La conduite de raccordement ............................................ 1519.2.1.5 Raccordement à une conduite commune sur les
installations multiples ....................................................... 152
9.3 Planification du réseau de distribution ............................. 153
9.3.1 Conseils de planification généraux .................................... 1539.3.2 Réseau de distribution sans sécheur d'air comprimé ......... 1549.3.3 Réseau de distribution avec sécheur d'air comprimé ......... 155
9.4 Chute de pression ∆∆∆∆∆p.......................................................... 156
9.4.1 Type de flux ...................................................................... 1569.4.2 Nombre de Reynolds Re ................................................... 1569.4.3 Chutes de pression dans un réseau de conduites ............. 157
9.5 Dimensionnement des conduites ....................................... 158
9.5.1 Chute de pression maximale Dp ....................................... 1589.5.2 Diamètre nominal des conduites - comparaison
[ DN – pouces ] ................................................................. 1599.5.2 Longueur de tuyau équivalente .......................................... 1609.5.3 Calcul du diamètre intérieur du tuyau di ............................ 1619.5.4 Calcul graphique du diamètre intérieur du tuyau di ............ 1629.5.5 Calcul du diamètre intérieur di au moyen d'un
diagramme en colonnes .................................................... 163
9.6 Matériaux utilisés pour réaliser les conduites .................. 164
9.6.1 Tuyaux filetés .................................................................... 1649.6.2 Tuyaux en acier sans soudures ........................................ 1659.6.3 Tuyaux en acier inoxydable ............................................... 1659.6.4 Tuyaux en cuivre ............................................................... 1669.6.5 Tuyaux en matières synthétiques...................................... 167
9.7 Marquage des conduites .................................................... 168
10.1 Refroidissement du compresseur ....................................... 169
10.2 Installation du compresseur ............................................... 170
10.2.1 Remarques générales sur le local technique du compresseur .................................................................... 170
10.2.2 Température ambiante admissible ..................................... 17010.2.3 Règles de protection contre les incendies pour les
locaux techniques de compresseurs ................................. 17110.2.4 Elimination du condensat .................................................. 17110.2.5 Conseils d'installation du compresseur ............................. 17210.2.6 Encombrement d'un compresseur ..................................... 17210.2.7 Conditions d'installation des réservoirs d'air comprimé ...... 173
VII
Sommaire
11è partie
Récupération de la chaleur
12è partie
Le son
Chapitre Page
10.3 Ventilation de la station de compresseurs ......................... 174
10.3.1 Facteurs influençant le courant d'air de refroidissementV
C d'un compresseur ......................................................... 174
10.3.2 Définition des facteurs influençant le courant d'air derefroidissement V
C d'un compresseur ................................ 175
10.3.3 Remarques générales relatives à la ventilation des locauxtechniques de compresseurs ............................................ 176
10.3.4 Ventilation naturelle ........................................................... 17710.3.4.1 Ouverture de sortie d'air nécessaire dans le cas d'une
ventilation naturelle ........................................................... 17710.3.5 Ventilation artificielle ......................................................... 17810.3.5.1 Puissance de ventilation exigée pour la ventilation
artificielle .......................................................................... 17810.3.5.2 Ouverture d'entrée d'air nécessaire pour la ventilation
artificielle .......................................................................... 17910.3.5.3 Exemple de ventilation artificielle d'une station de
compresseurs ................................................................... 18010.3.6 Alimentation en air froid avec gainage d'entrée et de sortie 18110.3.6.1 Gainage de l'admission d'air .............................................. 18110.3.6.2 Evacuation de l'air par une gaine d'évacuation ................... 18210.3.6.3 Courant d'air froid D
A et section de canal A
C avec gaine
d'évacuation ...................................................................... 18210.3.6.4 Remarques relatives à la ventilation par gaines ................. 18310.3.6.5 Dimensionnement de l'ouverture d'entrée d'air en
association avec une gaine d'évacuation ........................... 18410.3.6.6 Variantes de ventilation canalisée...................................... 185
10.4 Exemples de plans d'installation ....................................... 186
10.4.1 Exemple d'installation d'un compresseur à vis ................... 18610.4.2 Exemple d'installation d'un compresseur à piston ............. 187
11.1 Bilan thermique d'une station de compresseurs .............. 188
11.2 Chauffage des locaux ......................................................... 189
11.2.1 Chauffage des locaux par des conduites de chauffage ...... 18911.2.2 Fonctionnement d'un chauffage de locaux ......................... 19011.2.3 Rentabilité d'un chauffage de locaux.................................. 190
11.3 L'échangeur de chaleur Duotherm .................................... 191
11.3.1 Duotherm BPT .................................................................. 19111.3.2 Duotherm BSW................................................................. 19211.3.3 Economies d'énergie réalisables ....................................... 193
11.4 Récupération de la chaleur : conclusion .......................... 194
12.1 La nature du son ................................................................. 195
12.1.1 La perception du son......................................................... 195
12.2 Terminologie de base en matière d'acoustique ............... 196
12.2.1 Pression acoustique ......................................................... 19612.2.2 Niveau sonore ................................................................... 19612.2.3 Intensité sonore ................................................................ 196
VIII
Sommaire
13è partie
Coûts de l'air comprimé
15è partie
Annexe
14è partie
Certification CE
Chapitre Page
12.3 Perception du son par l'oreille humaine ............................ 197
12.3.1 Niveau d'intensité d'un son ................................................ 19712.3.2 Niveau sonore pondéré dB (A) .......................................... 19712.3.3 Comparaison des différentes intensités sonores ............... 198
12.4 Comportement du son ......................................................... 199
12.4.1 Distance par rapport à une source sonore ......................... 19912.4.2 Réflexion et absorption ..................................................... 19912.4.3 Amortissement du son ...................................................... 20012.4.5 Propagation sonore dans les tuyaux et les conduites........ 20012.4.6 Niveau de pression acoustique de plusieurs sources
sonores ............................................................................. 20112.4.6.1 Niveau de pression acoustique de plusieurs sources
sonores de niveaux identiques .......................................... 20112.4.6.2 Niveau de pression acoustique de deux sources
sonores de niveaux différents ............................................ 201
12.5 Effets du bruit ....................................................................... 202
12.6 Directives de protection contre le bruit ............................. 203
12.6.1 Règles de sécurité applicables par les entreprisesgénérant du bruit (décembre 1974) .................................... 203
12.6.2 Règles de sécurité en vigueur pour les compresseurs (VGB 16)(avril 1987) ........................................................................ 203
12.6.3 Directives natinales appliquées sur l'emplacementsde travail (avril 1975) .......................................................... 203
12.6.4 Règlements administratifs généraux nationaux relatifs au bruit (juillet 1984) ......................................................... 204
12.7 Mesure du bruit ................................................................... 205
12.8 Insonorisation des compresseurs ...................................... 205
13.1 Composition des coûts de l'air comprimé ......................... 206
13.1.1 Les coûts de l'air comprimé en pour-cent .......................... 206
13.2 Calcul de rentabilité des coûts d'énergie ........................... 207
14.1 Introduction .......................................................................... 208
14.1.1 Directive relatives aux machines commercialisées dansla CEE .............................................................................. 208
14.1.2 Domaines d'application ..................................................... 208
14.2 Mise en service des machines sur le marché ................... 209
14.2.1 Symbole CE ..................................................................... 20914.2.2 Certificat de conformité CE ............................................... 21014.2.3 Certificat de fournisseur CE .............................................. 212
A.1 Symboles ............................................................................. 214
A.1.1 Symboles de figures selon DIN 28004 ............................ 214A.1.2 Signes de commutation selon ISO 1219 .......................... 216
16.1 Table de conversion ............................................................. 22016è partie
Table de conversion
1
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Aux côtés du courant électrique, l’air comprimé est aujourd’huile vecteur d’énergie le plus couramment utilisé dans le secteurde l’industrie et de l’artisanat. Mais, alors que l’on apprend dèsl’enfance à se servir de l’électricité, la signification, les possibilitéset les avantages offerts par l’air comprimé restent encore trèsméconnus.
Les connaissances acquises par l’homme sur l’air comprimé sesont développées parallèlement à celles réalisées dans lesautres applications techniques. Au cours de son histoire, l’aircomprimé n’a pu se développer que lorsque ses avantagesétaient supérieurs à ceux offerts par d’autres technologies. L’aircomprimé a été utilisé de tous temps, et c’est donc la raisonpour laquelle nombreux sont ceux qui se sont penchés sur sondéveloppement.
Le premier compresseur - les poumons
De nombreux domaines d’utilisations techniques trouvent leurorigine dans le berceau de l’humanité. Une des premièresapplications de l’air comprimé consista à souffler sur l’amadouutilisé pour allumer le feu, l’air étant comprimé dans lespoumons pour y parvenir. On pourrait dire en quelque sorte queles poumons sont un compresseur naturel. La capacité et lerendement de ce compresseur sont particulièrementimpressionnants. Les poumons humains sont en mesure detraiter 100 l/min. ou 6 m³ d’air par heure. Ils parviennent à générerune pression de 0,02 à 0,08 bar. En bonne santé, le compresseurhumain reste imbattable du point de vue de sa fiabilité, ses fraisde maintenance étant de surcroît inexistants.
Le développement des „poumons“
Les poumons se sont cependant avérés insuffisants lorsquel’homme commença, il y a plus de 5000 ans, à faire fondre desmétaux purs tels que l’or, le cuivre, l’étain et le plomb. Il devintinévitable de développer la technologie de l’air comprimé lorsqu’ilfallu plus tard fabriquer des métaux de qualité supérieure, telsque le fer, à partir de minerais. Des auxiliaires plus puissantsque les poumons se montrèrent indispensables pour obtenirdes températures supérieures à 1000°C . On commença parutiliser le vent soufflant sur les collines et les crêtes. Plus tard,les orfèvres égyptiens et sumériens se servirent d’un tuyau desoufflage au moyen duquel ils amenaient l’air directement dansle brasier, augmentant ainsi considérablement sa température.Aujourd’hui encore, les orfèvres du monde entier utilisent unoutil semblable. Il ne convient cependant que pour faire fondrede petites quantités de métal.
1. Principes fondamentaux de l’air
comprimé
1.1 L’histoire de l’air comprimé
Figure 1.1 :Le premier compresseur - les poumons
1.1.1 Les origines de l’air comprimé
2
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Figure 1.2:Soufflet actionné au pied dans l’ancienne Egypte
1.1.2 Les premières applications de l’air
compriméLes propriétés de l’air comprimé sontreconnues
Le premier compresseur mécanique - le soufflet
Le premier compresseur mécanique, le soufflet actionné à lamain, a vu le jour vers le milieu du troisième millénaire avant notreère. Les soufflets à pied, beaucoup plus puissants, firent leurapparition vers 1500 av. J. C. Ce progrès fut indispensable pourfaire fondre l’alliage de zinc et d’étain servant à fabriquer lebronze. Cette découverte est illustrée sur les fresques qui ornentune ancienne tombe égyptienne. L’air comprimé, tel que nous lecomprenons aujourd’hui, était né.
L’orgue à eauLe stockage et l’atténuation des pulsations
La première utilisation consciente de l’énergie contenue dansl’air nous est transmise par le grec Ktesibios (vers 285 à 222 av.J. C.). Il construisit une orgue à eau et utilisa l’air comprimé pourstocker et réduire les vibrations.
La catapulteLe stockage de l’énergie
Ktesibios se servit d’une propriété supplémentaire de l’aircomprimé, le stockage de l’énergie, pour construire sacatapulte. Grâce à la tension générée avec l’air comprimé dansun cylindre, l’arme de cet inventeur grec était en mesure delancer des projectiles.
Les portes de templesL’expansion et l’exécution du travail
Le mathématicien et mécanicien grec Héron, qui vivait àAlexandrie au premier siècle de notre ère, découvrit un systèmepermettant d’ouvrir automatiquement les portes d’un temple, àcondition que le feu brûlât sur l’autel à l’intérieur du temple. Lesecret résidait dans l’expansion de l’air chaud, faisant passerl’eau d’un réservoir dans un autre. Héron reconnu, inconsciemmentil est vrai, qu’il était possible d’exécuter un travail en modifiantl’état de l’air.
Figure 1.3:La catapulte de Ktesibios
Figure 1.4:Les portes de temples de Héron
3
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Figure 1.5 :L’ar comprimé : un amplificateur de forces
Figure 1.6 :L’air comprimé : un moyen de transport
p1
p2
La loi de Blaise PascalL’amplification des forces
Ce n’est qu’à partir du XVIIè siècle qu’un certain nombre descientifiques se penchèrent sur les lois physiques applicablesà l’air comprimé. En 1663, Blaise Pascal publia les traités de laPesanteur de la masse de l’air, dans lesquels il décrivit lesphénomènes d’hydrostatique s’appliquant également à latechnologie de l’air comprimé. Il constata que la pressionexercée par une seule personne à l’ouverture d’un réservoir d’eaufermé générait une pression centuplée sur une autre ouverture.
Le transport de corps dans des tuyauxLe convoyage pneumatique
Poursuivant les travaux de Héron, le physicien français DenisPapin décrivit en 1667 la possibilité de transporter des objetsdans des tuyaux. Il exploitait la faible différence de pressionrégnant dans un tube. Ce faisant, il constata qu’une force étaitappliquée sur l’objet contenu dans le tube. Il venait de découvrirque des vitesses de travail élevées pouvaient être obtenues avecde l’air. Papin venait de poser le premier jalon sur la voie destechniques de convoyage pneumatiques.
Le freinage pneumatiqueLa transmission des forces
Vers 1810, l’air comprimé constituait la force motrice des trains.Westinghouse présenta le frein à surpression pneumatique en1869, et le moto-freineur trois ans plus tard. Sur ces deuxsystèmes, les freins étaient serrés par surpression. C’est-à-dire que l’effet de freinage maximum était obtenu grâce à unechute de pression, par éclatement d’un tuyau par exemple.
Ce fut la première utilisation du système de freinage à sécuritéintégrée. Un système de freinage basé sur ce principe estaujourd’hui encore utilisé sur les systèmes de freinage despoids-lourds.
Figure 1.7 :Train équipé d’un frein pneumatique vers 1870
4
Principes fondamentaux de l’air comprimé
La poste pneumatiqueLe convoyage avec de l’air comprimé
L’idée du train entraîné par de l’air comprimé ne fut pasabandonnée. A Londes, Latimer Clark s’associa à l’ingénieurRammel en 1863 pour réaliser un système de convoyage. Despetits chariots se déplaçant dans des tubes devaient transporterdes sacs postaux et des paquets. Ce système était beaucoupplus souple que les lourds trains atmosphériques de 1810 etconduisit finalement à la création de la poste pneumatique.
Des réseaux de poste pneumatique furent ensuite créés àBerlin, New York et Paris. Le réseau parisien atteint sa taillemaximum en 1934, fort de 437 km. Aujourd’hui encore, la postepneumatique est répandue dans de nombreuses entreprisesindustrielles.
Les outils à air compriméLe transport de l’énergie
Lors de la construction du tunnel du Mont Cenis en 1857, cettenouvelle technologie servit à entraîner un marteau à air comprimécreusant la roche. A partir de 1861, on utilisa des marteaux àpercussion à entraînement pneumatique alimentés en aircomprimé par des compresseurs situés aux deux entrées dutunnel. Dans les deux cas, l’air comprimé était transporté sur delongues distances.
Lorsque les deux équipes du tunnel se rencontrèrent en 1871,plus de 7000 m de conduites avaient été posées de part etd’autre. Pour la première fois, la transportabilité de l’énergie
était démontrée et présentée à un large public comme étant undes avantages de l’air comprimé. Des outils pneumatiques deplus en plus performants et polyvalents furent développés à partirde ce moment.
Les réseaux d’air compriméLa génération centrale de l’air comprimé et la transmission designaux
Les expériences réalisées sur les réseaux de conduites d’aircomprimé et le développement de compresseurs plus puissantspermirent la création d’un réseau d’air comprimé dans leségouts de Paris. En 1888, une station de compresseurs
centrale développant 1 500 kW fut mise en service. En 1891,la puissance installée atteignait déjà 18 000 kW.
L’invention d’une horloge, dont l’aiguille des minutes étaitdéclenchée toutes les soixante secondes par une impulsionvenant de la station de compresseurs, témoignait des succèspolyvalents obtenus par l’air comprimé. Il était non seulementpossible de transporter l’énergie, mais on pouvait aussitransmettre des signaux sur les grandes distances du réseau
d’air comprimé.
Le réseau d’air comprimé parisien a conservé son caractèreunique jusqu’à ce jour. Il est encore en service.
Figure 1.8 :Marteau perforateur pneumatique employé dansla construction des tunnels
Figure1.9 :Station d’air comprimé à Paris en 1888
5
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Figure 1.10 :Totaliseur à quatre niveaux et éléments deradiation muraux
Le traitement des signauxL’air comprimé est utilisé pour transmettre et traiter des signaux
Dans les années 50, le grand débit de l’air comprimé fut utiliséaux USA pour transmettre et traiter des signaux. Les systèmespneumatiques basse pression, également appelés systèmesfluidiques ou pneumoniques (logique pneumatique),
permettaient d’intégrer des fonctions de commutation logiquessous forme d’éléments fluides dans un espace extrêmementréduit au moyen de pressions de 1,001 à 1,1 bar.La grande fiabilité des éléments logiques fluides dans desconditions ambiantes extrêmes permettait de les utiliser dansles programmes spatiaux et de défense des USA et de l’URSS.Leur résistance aux rayonnements électromagnétiques,provoqués par une explosion atomique en particulier, confèraientaux systèmes fluidiques des avantages techniques dans certainsdomaines sensibles.Les systèmes électroniques et micro-électroniques ont cependantsupplanté peu à peu les systèmes fluidiques dans le domainedu traitement des signaux et de l’informatique.
6
Principes fondamentaux de l’air comprimé
En technique, on utilise des mesures dérivées de l’unité debase. Le tableau ci-dessous présente les unités les plusfréquemment utilisées dans le domaine de l’air comprimé.
1.2 Unités et formules
Unité de base Formule Symbole Nom
Longueur l [ m ] Mètre
Masse m [ kg ] Kilogramme
Temps t [ s ] Seconde
Intensité (courant) I [ A ] Ampère
Température T [ K ] Kelvin
Intensité lumineuse I [ cd ] Candela
Quantité de subst. n [ mol ] Mole
Les unités SI ( Système International d’unités) ont été agrééeslors de la 14è conférence générale sur les poids et mesures.Elles sont prescrites depuis le 16 octobre 1971.
Les unités de base sont des unités de mesure indépendantesdéfinies qui constituent la base du système SI.
Unité Symbole formule Symbole Nom
Force F [ N ] Newton
Pression p [ Pa ] Pascal[ bar ] Bar 1bar = 100000Pa
Surface A [ m2 ] Mètre carré
Volume V [ m3 ] Mètre cube[ l ] Litre 1m3 = 1000 l
Vitesse v [ m / s ] Mètre par seconde
Masse m [ kg ] Kilogramme[ t ] Tonne 1t = 1000kg
Densité ρ [ kg / m3 ] Kilogramme par mètre cube
Température T [ °C ] Degré Celsius
Travail W [ J ] Joule
Puissance P [ W ] Watt
Tension U [ V ] Volt
Fréquence f [ Hz ] Hertz
1.2.1 Unités de base
1.2.2 Unités employées dans le domaine
de l’air comprimé
7
Principes fondamentaux de l’air comprimé
L’air contenu dans notre environnement, c’est-à-dire dansl’atmosphère, se compose de :
78 % d’azote
21 % d’oxygène
1 % d’autres gaz(dioxyde de carbone et argon par exemple)
L’air comprimé est de l’air atmosphérique compressé.
L’air comprimé est porteur d’énergie thermique.
L’air comprimé peut couvrir certaines distances (conduites), êtrestocké (réservoir d’air comprimé) et exécuter un travail(décompression).
Comme tous les gaz, l’air est composé de molécules. Lesmolécules sont soudées entre elles grâce aux forcesmoléculaires. Si l’air est enfermé dans un réservoir (volumeconstant), ces molécules sont projetées sur les parois duréservoir et génèrent une pression p.
Plus la température est élevée, plus le déplacement desmolécules d’air est rapide et plus la pression généréeaugmente.
Volume ( V ) = constant
Température ( T ) = augmente
Pression ( p ) = croissante
Indépendamment l’un de l’autre, les physiciens Boyle et Mari-otte ont réalisé des expériences sur des volumes de gaz ferméset ont découvert la relation suivante :
Le volume de gaz est inversement proportionnel à la
pression (loi de Boyle-Mariotte ).
1.3 Qu’est-ce que l’air comprimé?
1.3.2 Propriétés de l’air comprimé
Azote
78%
Oxygène
21%
Autres gaz
1%
Figure 1.11:Composition de l’air
Figure 1.13:Air contenu dans un réservoir fermé
1.3.1 Composition de l’air
p
V
pp
p
pp
p pp
p
p
p
T
1.3.3 Comportement de l’air comprimé
Air comprimé
Energie de
pression
Chaleur
Figure 1.12:Compression de l’air
8
Principes fondamentaux de l’air comprimé
p0 , T
0
p1 , T
1
p0 , V
0
p1 , V
1
V0 , T
0
V1 , T
1
Chaleur
Chaleur
Les conditions de l’air comprimé sont déterminées par lestrois grandeurs d’état thermiques:
T = Température
V = Volume
p = Pression
p ××××× V———— = constant
T
Ce qui signifie:
Volume constant (isochore)
Pression et température variables
La pression croît si l’on augmente la température enconservant un volume constant.
p0
T0
—— = ——p
1T
1
Température constante ( isotherme)
Pression et volume variables
La pression augmente si l’on réduit le volume tout enmaintenant la température constante.
p0
××××× V0
= p1
××××× V1
= constant
Pression constante (isobare)
Volume et température variables
Le volume croît si l’on augmente la température enmaintenant une pression constante.
V0
T0
—— = ——V
1T
1
1.4 Bases physiques
Volume constantCompression isochore
Température constanteCompression isotherme
Pression constanteCompression isobare
9
Principes fondamentaux de l’air comprimé
La température indique l’état thermique d’un corps. Elle est luesur un thermomètre en degrés °C ou convertie en degrés Kelvin(K).
T [ K ] = t [ °C ] + 273,15
Volume V [ l, m3 ]Etat comprimé à l’état détendu, air libre
Le volume est par exemple déterminé par les dimensions d’uncylindre. Il est mesuré en l ou m3 à une température de 20°C età une pression de 1 bar.
Les valeurs indiquées dans la présente documentation serapporteront toujours à de l’air comprimé à l’état détendu.
d2 ××××× πV
Cyl= ———— ××××× h
4
VCyl
= Volume [m3]d = Diamètre [m]h = Hauteur [m]
Volume normalisé VNorm
[Nl, Nm3]Air comprimé à l’état détendu dans des conditions normalisées
Le volume normalisé se réfère à l’état physique spécifié dans lanorme DIN 1343. Il est inférieur de 8% au volume à 20°C.
760 Torr = 1,01325 barabs
= 101 325 Pa273,15 K = 0 °C
Volume réel Vexp
[Vl, Vm3]Air comprimé à l’état compressé
Le volume réel se réfère aux conditions réelles. La température,l’air comprimé et l’humidité de l’air doivent être pris en compteen tant que points de référence.
lI faut toujours indiquer la pression lorsque l’on spécifie le volumeréel. Ainsi, 1m3 à 7 bar
s signifie que 1m3 d’air détendu est
compressé à 7 bars = 8 bar abs et n’occupe plus que 1/8 du
volume d’origine.
0°C
1.4.1 Température
1.4.2 Volume
Volume (V)
Volume normalisé + 8% = Volume0°C 20 ° C
0 barabs
8 barabs
Figure 1.14:Indication de la température
10
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Pression atmosphérique pamb
[bar]
La pression atmosphérique est générée par le poids de la couched’air qui nous entoure. Elle est indépendante de la densité etde la hauteur de l’atmosphère.
Au niveau de la mer, 1 013 mbar = 1,01325 bar= 760 mm/Hg [Torr]= 101 325 Pa
Sous des conditions constantes, la pression atmosphériquedécroît au fur et à mesure que l’emplacement de mesure estélevé.
Surpression ps [ bar
s]
La surpression est la pression mesurée au-dessus de la pressionatmosphérique. Dans le domaine de l’air comprimé, la pressionest généralement spécifiée en tant que surpression, en bar etsans l’index „s“.
Pression absolue pabs
[bar]
La pression absolue pabs
est la somme résultant de la pressionatmosphérique p
amb et de la surpression p
s.
pabs
= pamb
+ ps
La pression est exprimée en Pascal [Pa], conformément ausystème SI. En pratique, elle est cependant encore indiquéeen „bar“. L’ancienne désignation atm (1 atm = 0,981 bar) n’existeplus.
Force FPression = ———— p = ——
Surface A
1 Newton 1 N1 Pascal = ———— 1 Pa = ——
1 m2 1 m2
1 bar = 10195 mm CE [colonne d’eau en mm]
1.4.3 Pression
Figure 1.15:Pression atmosphérique
Surpression
Pression d’air
barométrique
Vide partiel
Vide 100 %
pa
bs
pS
pv
id
pa
mb
pamb
= Pression d’air atmosphériquep
s= Surpression
pvid
= Vide partielp
abs= Pression absolue
Figure 1.16:Les différentes pressions
11
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Volume débité D [l/min., m³/min., m³/h]
Le débit est exprimé par le volume (l ou m³ ) par unité de temps(minutes ou heures).
On différencie le volume engendré (puissance d’aspiration) etle volume débité (débit réel) d’un compresseur.
Volume engendré Veng
[l/min., m³/min., m³/h]Puissance d’aspiration
Le volume engendré est une grandeur calculable sur lescompresseurs à pistons. Il est le produit de la taille du piston(cylindrée), de la vitesse de rotation du compresseur (nombrede courses) et du nombre de cylindres aspirants. Le volumeengendré est indiqué en l/min., m3/min. ou en m3/h.
Veng
= A ××××× c ××××× n ××××× z
Veng
= Volume engendré [ l /min .]A = Surface du cylindre [dm2]h = Course [dm]n = Nombre de courses [ tr/min .]
(vitesse de rotation du compresseur)z = Nombre de cylindres aspirants
Débit D [ l/min, m³/min, m³/h ]
Contrairement au volume engendré, le volume débité n’est pasune valeur calculée, mais une valeur mesurée sur la conduitede refoulement d’un compresseur et soustraite des conditionsd’aspiration. Le volume débité dépend de la pression finale re-lative aux conditions d’aspiration, de pression et de température.Ainsi, lorsque l’on calcule les conditions d’aspiration, le volumedébit mesuré doit être „détendu“ à la pression d’aspiration et„refroidi“ à la température d’aspiration.
Le volume débité est mesuré conformément aux spécificationsindiquées dans les normes VDMA 4362, DIN 1945, ISO 1217ou PN2 CPTC2 et exprimé en l/min., m3/min. ou m3/h. Le débiteffectif, donc le débit réellement utilisable, est une valeur es-sentielle lors de la conception du compresseur. Les débits nepeuvent être comparés entre eux que s’ils ont été mesuréssous des conditions identiques. Il faut donc que la températured’aspiration, la pression d’aspiration, l’humidité relative et lapression de mesure correspondent.
1.4.3 Volume débité
PMH = Point Mort HautPMB = Point Mort Bas
PMH
PMB
Figure 1.18:Déplacement du piston
Þ
Û
Volume engendréPuissance d’aspiration
Volume débitéDébit réel
Figure 1.17:
12
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Débit normalisé DNorm
[Nl/min., Nm3/min., Nm3/h ]
Tout comme le volume débité, le débit normalisé est égalementmesuré.
Il ne correspond toutefois pas aux conditions d’aspiration, maisà une valeur de comparaison théorique. Les valeurs théoriquessont les suivantes pour l’état normal physique :
Température = 273,15 K ( 0 °C )Pression = 1,01325 bar ( 760 mm HG )Densité de l’air = 1,294 kg/m3 ( air sec )
Débit réel VExpt
[ Vl/min., Vm3/min., Vm3/h]
Le débit réel indique le débit effectif de l’air comprimé.
Pour pouvoir comparer le débit réel à d’autres débits, il fautégalement spécifier la pression de l’air comprimé en plus de lavaleur Vl/min., Vm3/min ou Vm3/h.
Débit Volume normalisé20°C + 8% = 0 ° C
Figure 1.19:Volume normalisé
Figure 1.20:Débit réel
1barabs
8barabs
13
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Des lois différentes sont appliquées lorsque de l’air est enmouvement et lorsqu’il est stationnaire.
Le débit est calculé à partir de la surface et de la vitesse.
D = S1
××××× v1
= S2
××××× v2
S1
v2
—— = ——S
2v
1
D = DébitA
1, A
2= Section
v1, v
2= Vitesse
Le théorème suivant découle de cette formule :
La vitesse du courant est inversement
proportionnelle à la section.
ll existe différentes sortes de courants : les courants laminaires(le cas idéal), ou turbulents (refoulements et tourbillons).
Flux laminaire (courant régulier)
Faible chute de pressionFaible transfert de chaleur
Flux turbulent (courant tourbillonnaire)
Chute de pression élevéeTransfert de chaleur important
1.5 Air comprimé déplacé
1.5.1 Comportement du courant
1.5.2 Types de flux
Figure 1.21:Comportement du courant
S2
S1
v1
v2
Figure 1.22:Flux laminaire
Figure 1.23:Flux turbulent
24
Les compresseurs d'air
Les compresseurs
sont des machines utilisées pour transporter ou comprimer desgaz à une pression quelconque.
Les ventilateurs
sont des turbo-machines qui véhiculent de l'air dont les propriétésse rapprochent de celles de l'air atmosphérique.
Les ventilateurs ne sont sujets qu'à de faibles fluctuations dedensité et de température.
Les pompes à vide
sont des machines qui aspirent des gaz et des vapeurs pourgénérer un vide.
3. les compresseurs d'air
Les compresseurs dynamiques sont par exemple desturbocompresseurs sur lesquels des rotors munis de palesaccélèrent le gaz à comprimer. Des systèmes de guidage fixessur les pales convertissent l'énergie de vitesse en énergie depression.
Les compresseurs dynamiques sont conseilléslorsque l'on est en présence de débits importants
et de pressions de refoulement faibles.
Sur les compresseurs volumétriques, la chambre decompression est fermée lorsque l'air a été entièrement aspiré.Le volume est réduit et l'air est comprimé en force.
Les compresseurs volumétriques sont conseillésdans le cas de faibles débits et de pressions
de refoulement importantes.
3.1 Compresseurs
3.1.1 Compresseurs dynamiques
( turbocompresseurs)
3.1.2 Compresseurs volumétriques
25
Les compresseurs d'air
Compresseurs volumétriques Turbocompresseurs
Compresseur axial Compresseur radial
oscillants rotatifs
avec manivellesans
manivellemono-axe multi-axes
Compresseurmulticellulaire
Compresseur àanneau liquide
Compresseurà vis
CompresseurRoots
Compresseur
à piston
Compresseur àpist. plongeant
Compresseur àdiaphragme
Compresseur àcrosse de pist.
Compresseur àpiston libre
Compresseurs
3.2 Types de compresseurs Le tableau ci-dessous présente un aperçu des différentscompresseurs en fonction de leur principe de fonctionnement.
Sur tous les appareils, on différencie les compresseursfonctionnant sans huile et ceux lubrifiés par huile.
Compresseur àspirale
26
Les compresseurs d'air
3.2.1 Compresseurs standard Le tableau ci-dessous présente les domaines de travail typiquesde différents types de compresseurs standard.
Type Symbole Schéma fonct. Pl. de pression Débit
[bar] [m3 / h]
Compresseur à 10 (1 étage) 120piston plongeant 35 (2 étages) 600
Compresseur 10 (1 étage) 120à crosse de piston 35 (2 étages) 600
Compresseur à faible aucundiaphragme
Compresseur à utilisation plus limitéepiston libre que le générateur à gaz
Compresseur 16 4500multicellulaire
Compresseur à 10anneau liquide
Compresseur 22 750à vis
Compresseur 1,6 1200 Roots
Compresseur 10 200000axial
Compresseur 10 200000radial
27
Les compresseurs d'air
3.2.2 Compresseur à piston Les compresseurs à pistons aspirent l'air par déplacementascendant et descendant du piston, le compriment, puisl'évacuent. Les soupapes d'aspiration et de pression contrôlentles processus.
La disposition de plusieurs étages de compression en sériepermet de générer différentes pressions, et différents débits
sont obtenus si l'on utilise plusieurs cylindres.
Compresseur a piston plongeant
Dans le cas du compresseur à piston plongeant, le piston estrelié directement au vilebrequin par la bielle.
Compresseur à crosse de piston
Le piston est entraîné par une bielle entraînée à son tour par lacrosse de piston.
Caractéristiques du compresseur à crosse de piston :
– rendement élevé
– pressions élevées
Figure 3.1:Symbole du compresseur à piston
Figure 3.2:Schéma fonctionnel du compresseur à pistonplongeant
Figure 3.3:Schéma fonctionnel du compresseur à crosse depiston
Crosse de piston
28
Les compresseurs d'air
La disposition des cylindres permet de différencier lescompresseurs à pistons.
– Cylindres verticauxLe piston et les segments de pistons ne sont soumis àaucune contrainte par le poids du piston.Faible surface de base.
– Cylindres à plat.Compresseurs multi-cylindres uniquement, de type Boxer.Faibles forces de gravité. Cet avantage ne se remarqueque dans le cas de puissances importantes.
– Compresseurs en V, en W ou en L.Bon équilibrage de masse.Encombrement faible.
Figure 3.6:Compresseurs à crosse de pistonà plat, en L, en V, en W
Figure 3.4:Compresseur à piston plongeant en V
Figure 3.5:Compresseur à piston plongeant en W
29
Les compresseurs d'air
3.2.3 Compresseur à diaphragme Le compresseur à diaphragme se range dans la catégorie descompresseurs volumétriques .
La compression est générée par une membrane élastique. Il nes'agit plus d'un piston qui se déplace sur un plan linéaire entredeux positions de fin de course, mais d'une membrane surlaquelle sont appliquées des vibrations non linéaires. Lamembrane est fixée sur les bords et actionnée par la bielle depiston. La course de la bielle dépend de l'élasticité de lamembrane.
Caractéristiques :
– diamètre de cylindre important
– déplacement moindre
– économique dans le cas de faibles débits, de bassespressions et lorsqu'un vide est généré
Figure 3.7:Symbole du compresseur à diaphragme
Figure 3.8:Schéma fonctionnel du compresseur àdiaphragme
30
Les compresseurs d'air
3.2.4 Compresseur à piston libre Le compresseur à piston libre entre dans la catégorie descompresseurs volumétriques.
Il s'agit d'un compresseur équipé d'un moteur diesel deux temps.
L'air comprimé agit sur les pistons qui se trouvent en positionextérieure, les chasse vers l'intérieur et entraîne le compresseur.L'air de combustion ainsi comprimé dans le cylindre moteursépare les pistons lors de la combustion du carburant injecté.L'air enfermé est comprimé. La plus grande partie de l'aircomprimé est évacuée par une soupape de maintien de lapression lorsque l'air de purge nécessaire a été évacué. L'airrestant chasse le piston vers l'arrière et un nouveau cycledébute. Les soupapes d'admission aspirent de l'air frais.
Caractéristiques :
– rendement élevé
– fonctionnement sans à-coups
– principe simple, mais rarement utiliséEn pratique, les déplacements du piston doivent êtresynchronisés. Il faut de plus prévoir d'importantssystèmes de commande.a = Orifice d'évacuation de l'air
b = Orifice d'admissionc = Admission du carburantd = Purge
Figure 3.9:Schéma fonctionnel d'un compresseur à pistonlibre
a
b bc
d
31
Les compresseurs d'air
3.2.5 Compresseur multicellulaire Le compresseur multicellulaire (compresseur à lamelles oucompresseur rotatif à palettes) entre dans la catégorie descompresseurs volumétriques rotatifs.
Le carter et le piston rotatif constituent la chambre servant àaspirer et à comprimer l'air.
Un rotor cylindrique monté excentriquement tourne dans unboîtier hermétique. Le rotor (tambour) présente des fentes lon-gitudinales radiales sur toute sa longueur. Des coulisseaux sedéplacent dans le sens radial à l'intérieur des fentes.
Dès que le rotor toune à une certaine vitesse, les coulisseauxde travail sont plaqués sur la paroi intérieure du carter sousl'effet de la force centrifuge. La chambre de compression situéeentre le rotor et le carter est divisée en plusieurs cellules parles coulisseaux (chambres de travail).
Le montage excentrique du rotor permet d'agrandir ou de réduirele volume au cours d'une rotation.
Les chambres de compression sont lubrifiées par lubrificationexcédentaire ou par injection d'huile.
L'injection de grandes quantités d'huile dans la chambre decompression permet, outre l'effet de lubrification, de refroidir etd'isoler les coulisseaux par rapport aux paroies du boîtier. L'huileinjectée peut être séparée du mélange air/huile à l'issue de lacompression et être réintégrée dans le circuit de l'huile.
Caractéristiques :
– fonctionnement très silencieux
– transport de l'air sans à-coups et régulier
– faible encombrement et maintenance simple
– rendement moindre
– frais d'entretien élevés dus à l'usure des coulisseaux
Figure 3.10:Symbole du compresseur multicellulaire
Figure 3.11:Schéma fonctionnel d'un compresseurmulticellulaire
32
Les compresseurs d'air
3.2.6 Compresseur à anneau liquide Le compresseur à anneau liquide entre dans la catégorie descompresseurs volumétriques rotatifs.
Les pales radiales fixes de l'arbre monté excentriquement dansle carter soumettent le liquide obstruant à une rotation. Unanneau liquide se forme et isole les chambres situées entre lespales du carter.
Le contenu de la chambre se modifie lorsque l'arbre est enrotation, l'air étant ainsi aspiré, comprimé et transporté.
Le liquide utilisé est généralement de l'eau.
Caractéristiques :
– air sans huile (grâce au liquide utilisé)
– peu sensible aux impuretés et aux agressions chimiques
– un séparateur de liquide est nécessaire, car le liquideauxiliaire est pompé en continu dans la chambre depression
– rendement moindre
a = Rotorb = Carterc = Orifice d'admissiond = Orifice d'échappemente = Liquide
Figure 3.13:Schéma fonctionnel d'un compresseur à anneauliquide
Figure 3.12:Symbole du compresseur à anneau liquide
33
Les compresseurs d'air
3.2.7 Compresseur à vis
Figure 3.14:Symbole du compresseur à vis
Figure 3.15:Schéma fonctionnel d'un compresseur à vis
Le compresseur à vis entre dans la catégorie des compresseursvolumétriques rotatifs.
Deux rotors parallèles présentant des profils différents tournenten sens inverse dans un carter.
L'air aspiré par le cœur du compresseur à vis, c'est-à-dire par lebloc vis, est comprimé en continu jusqu'à la pression finale lorsde son transport dans des chambres dont la taille ne cesse dediminuer, puis refoulé par les conduites de pression. Leschambres forment les parois du carter et les pales à engrenagedes deux rotors.
Compresseur à vis sans huile
Sur le compresseur à vis compressant sans huile, l'air comprimédans la chambre de compression n'entre pas en contact avecl'huile, un entraînement synchronisé assure la rotation des rotorssans que les surfaces des profils se touchent.
Compresseur à vis refroidis par injection d'huile
Sur le compresseur refroidi par injection d'huile, seul le rotorest entraîné. Le rotor secondaire tourne sans contact.
Caractéristiques :
– faible taille
– transport continu de l'air
– faible température de compression finale(dans le cas du refroidissement par injection d'huile)
Figure 3.16:Coupe d'un étage de compresseur à vis
34
Les compresseurs d'air
3.2.8 Compresseur Roots Le compresseur Roots entre dans la catégorie descompresseurs volumétriques.
Deux pistons rotatifs symétriques tournent en sens inverse dansune chambre cylindrique. Un entraînement synchronisé leurpermet de fonctionner sans se toucher.
L'air à comprimer est introduit dans le carter du compresseurpar le côté aspiration. Il est emprisonné dans la chambre situéeentre les pales et le carter. Dès que le piston ouvre l'angle ducôté aspiration, le gaz pénètre dans les conduites de pressionet remplit la chambre de pression. Lorsque la pale poursuit sarotation, le volume de la chambre de transport est exposé àune contre-pression et éjecté. La compression n'est pasconstante. Le compresseur doit donc toujours lutter contrel'entière pression dynamique.
Caractéristiques :
– pas d'usure du piston rotatif et donc absence degraissage
– air sans huile
– sensible à la poussière et au sable
Figure 3.17:Symbole du compresseur Roots
Figure 3.18:Schéma foncionnel du compresseur Roots
35
Les compresseurs d'air
3.2.9 Compresseur axial Les compresseurs axiaux sont des turbomachines. L'air s'écoulesur le plan axial en passant alternativement au travers d'uncertain nombre de pales en rotation et stationnaires.
L'air est accéléré avant d'être comprimé. Les canaux des palesforment des conduites allant en s'élargissant, sous forme dediffuseurs, dans lesquelles l'énergie cinétique de l'air obtenuepar la rotation est retardée et transformée en énergie de pression.
Caractéristiques :
– transport régulier
– air sans huile
– sensible aux variations de charge
– un débit minimum est exigé
Figure 3.19:Symbole du turbocompresseur
Figure 3.20:Schéma fonctionnel d'un compresseur axial
36
Les compresseurs d'air
3.2.10 Compresseur radial Les compresseurs radiaux sont des turbomachines surlesquelles l'air est amené au centre de la roue à aube en rotation.
L'air est projeté sur la périphérie sous l'action des forcescentrifuges. La montée en pression est obtenue en faisantpasser l'air accéléré au travers d'un diffuseur avant qu'il atteignela pale suivante. L'énergie cinétique (énergie produite par lavitesse) se transforme en pression statique lors de ce processus.
Caractéristiques :
– transport régulier
– air sans huile
– sensible contre les changements de charge
– un débit minimum est exigé
Figure 3.21:Symbole du turbocompresseur
Figure 3.22:Schéma fonctionnel d'un compresseur radial
37
Les compresseurs d'air
Les compresseurs à pistons fonctionnent selon le principe durefoulement. Le piston aspire l'air par la soupape d'aspirationlorsque le piston descend. La soupape se ferme dès que lepiston remonte. L'air est comprimé et chassé par la soupapede refoulement. L'entraînement du piston peut être réalisé aumoyen d'une transmission à manivelle, avec vilebrequin etbielles.
Les compresseurs à pistons peuvent se composer de un ouplusieurs cylindres et de un ou plusieurs étages.
On utilise les compresseurs à plusieurs cylindres pour générerdes débits importants et les compresseurs à plusieurs étageslorsque des pressions élevées sont exigées.
Compression à un étage
La compression jusqu'à la pression finale est réalisée en uneseule course de piston.
Compression à deux étages
L'air comprimé qui se trouve dans le premier étage (étagebasse pression) est refroidi dans le radiateur auxiliaire, puiscomprimé à la pression finale dans le deuxième étage(cylindre haute pression).
Compresseur à action simple
Une opération de compression est réalisee à chaque rotationdu vilebrequin.
Compresseur à action double
Deux opérations de compression sont réalisées à chaquerotation du vilebrequin.
Vitesses de piston
Sur les compresseurs, la vitesse de rotation du compresseur,ou celle du moteur, est d'ordre secondaire. La vitesse du pistonreprésente un élément décisif pour analyser l'usure. Il est ainsipossible qu'un compresseur de grande cylindrée et à faiblevitesse de rotation possède une vitesse de piston élevée. Lavitesse de piston, mesurée en m/s, est extrêmement faible surles compresseurs à pistons BOGE. Il en résulte une usureminimale.
3.3 Compresseurs à piston
3.3.1 Généralités
Figure 3.23:Compresseur à piston BOGE
Figure 3.24:Principe de fonctionnement
Aspiration Compression
38
Les compresseurs d'air
Volume aspiré - débit réel
Volume engendré - volume débité
Le volume aspiré (volume engendré) est une grandeur calculéesur les compresseurs à pistons. Elle est le produit de lacylindrée, de la vitesse de rotation du compresseur (nombre decourses) et du nombre de cylindres aspirants. Le volumeengendré est exprimé en l/min., m3/min. ou en m3/h.
Le débit réel (volume débité) est mesuré selon la norme VDMA,feuillet 4362, DIN 1945, ISO 1217 ou selon PN2 PTC2.Le rapport entre le débit réel et le volume aspiré est le rendementvolumétrique.
Espace mort
L'espace mort est une valeur constructive. Il se trouve entre lepoint mort haut du piston et la partie inférieure de la soupape.
L'espace mort est le résultat
— des tolérances de fabrication
— des cavités dans les soupapes et les poches de soupapes
— des particularités de construction
Lorsque le piston se déplace vers le bas, l'air qui se trouvedans l'espace mort (ré-expension) est porté à la pressionatmosphérique. Ce n'est qu'à cet instant que l'air extérieur estaspiré pendant que le piston poursuit sa descente.
La différence entre le volume aspiré et le débit réel est due aufait que la pression de l'air aspiré commence à chuter dèsl'aspiration dans le filtre d'aspiration. Il se produit en outre despertes causées par des fuites, l'air aspiré se réchauffe et uneré-expansion due à l'espace mort a également lieu.
3.3.2 Volume aspiré - Débit
Þ
Û
Volume engendréVolume aspiré
Volume débitéDébit réel
Figure 3.25:Volume engendré et débit
Figure 3.26:Espace mort
E
R
C
E = espace mortC = courseR = ré-expansion
39
Les compresseurs d'air
3.3.3 Refroidissement Tous les processus de compression génèrent de la chaleur. Ledegré d'échauffement dépend de la pression finale ducompresseur. Plus cette dernière est élevée, plus la températurede compression le sera également.
Le règlement de prévoyance contre les accidents stipule que latempérature de compression des compresseurs à chambresde compression lubrifiées à l'huile et compression à un étage,présentant une puissance moteur de 20 kW maximum et de 10bar maximum, peut s'élever à 220°C.
Une température maximale de 200°C est autorisée lorsque lespressions et les puissances moteur sont plus élevées. Dans lecas d'une compression à plusieurs étages et de pressionssupérieures à 10 bar, la température de compression finale nedoit pas dépasser 160°C.
La majeure partie de la chaleur de compression doit donc êtreévacuée. Des températures d'air comprimé trop élevéesreprésentent un danger, car une faible partie de l'huile utiliséepour le graissage pénètre sous forme d'huile résiduelle dansl'air comprimé lors de la compression. L'air risque donc des'enflammer. Un incendie dans la conduite ou dans lecompresseur serait toutefois le moindre des maux. A partir decertaines températures, le risque d'explosion est particulièrementélevé, justement dans le cas de l'air comprimé, car, par rapportau volume, il présente une teneur en oxygène beaucoup plusimportante que celle de l'air atmosphérique.
Un radiateur intermédiaire ou auxiliaire équipe chaque étage decompresseur pour générer un air comprimé aussi froid quepossible.
La quantité de chaleur qu'il faut évacuer par refroidissementdépend du volume d'air et de la pression. Les compresseurspuissants sont équipés de deux ou trois cylindres, voire mêmedavantage. Les cylindres sont montés de manière à êtreexposés au courant d'air du ventilateur. La surface des cylindreset des têtes de cylindres présente de larges ailettes afind'optimiser l'évacuation de la chaleur. Le refroidissement intensifet les ailettes du compresseur restent cependant insuffisantspour obtenir une température d'air comprimé aussi faible quepossible. L'air comprimé doit être également refroidi dans leradiateur intermédiaire, entre le premier et le deuxième étage,ou dans le radiateur auxiliaire, en aval du deuxième étage. Unecompression sur plusieurs étages doit être réalisée si lerefroidissement demeure insuffisant.
La prescription VBG 16 § 9 du règlement de prévoyance contreles accidents stipule en Allemagne qu'un refroidissement à 60ou 80°C doit être obtenu au bout du dernier étage sur lescompresseurs à pistons lubrifiés par huile. Une faibletempérature de sortie de l'air comprimé présente l'avantage defournir un air peu humide. Les composants ajoutés aucompresseur (réservoir d'air comprimé, appareils de retraitementde l'air comprimé) peuvent être conçus pour résister à de faiblestempératures et sont donc meilleur marché. La température desortie de l'air comprimé est de 10 à 15°C supérieure à l'airambiant sur les compresseurs à pistons refroidis par air, selonla qualité du compresseur.
Figure 3.27:Guidage de l'air de refroidissement sur lecompresseur à piston
Figure 3.28:Radiateur auxiliaire représenté par un radiateur àailettes à turbulences
40
Les compresseurs d'air
— Presque tous les gaz techniques peuvent être comprimés
— Compression économique jusqu'à 40 bar
— Utilisable en tant que compresseur auxiliaire
— Commande simple
— Mode Start-Stop économique (sans marche à vide)
3.3.6 Avantages des compresseurs à pistons
Les compresseurs à pistons sont généralement descompresseurs refroidis par air. L'air de refroidissementprésente l'avantage d'être disponible gratuitement et en quantitéillimitée presque partout.
L'air de refroidissement est généré par un ventilateur qui dirigel'air de refroidissement sur le radiateur intermédiaire ou auxiliaireet sur le compresseur.
Du condensat se forme à l'intérieur du radiateur lorsque l'air estcomprimé ou refroidi. Sous l'effet de la vitesse du courant, lecondensat quitte le radiateur auxiliaire et pénètre dans le réseaude conduites ou dans le réservoir d'air comprimé.
3.3.4 Réfrigérant
Les compresseurs à pistons sont généralement régulés aumoyen de pressostats. Ces derniers doivent être montés àl'endroit où l'air comprimé n'est plus agité. Ce sera par exemplesur le réservoir de pression et non sur la conduite située entrele compresseur et le réservoir.
Le pressostat arrête le compresseur lorsque la pression maxi-male est atteinte et le déclenche lorqu'il passe à 20% en dessousde la pression maximale. Le rapport est donc de 8 :10 bar oude 12 :15 bar.
Un faible écart de pression de déclenchement est déconseillé.Le compresseur démarre sinon trop souvent, l'usure ducompresseur et du moteur étant ainsi accrue. La pression dedéclenchement peut être réduite pour une pression d'arrêt égale.De cette manière, le compresseur fonctionne sur des périodesplus longues, mais il s'arrête en même temps plus longtemps.La pression de déclenchement réglée ne doit pas descendreen dessous de la pression minimale du réseau d'air comprimé.
Les compresseurs à pistons s'arrêtent dès que la pressionmaximale est atteinte (mode intermittent).
Les compresseurs à pistons sont par conséquent parfaitementadaptés en tant que machines à charge de pointe. Lecompresseur ne se met en route que lorsqu'un besoin d'airimportant intervient et s'arrête aussitôt que la pression maxi-male est atteinte, réalisant ainsi une économie d'énergie deprès de 30 %.
3.3.5 Régulation des compresseurs à
pistons
Figure 3.29:Interrupteur manométrique(pressostat)
41
Les compresseurs d'air
3.3.7 Modules d'un compresseur à piston
Carter moteur Filtre d'aspiration
Soupape desécurité
Pressostat
Radiateur
Moteurd'entraî-nement
Figure 3.30:Modules d'un compresseur à piston
Evacuation ducondensat
Raccord d'aircomprimé
42
Les compresseurs d'air
Contrairement au compresseur à piston, le compresseur à visest un type de compresseur relativement récent. Bien que sonprincipe ait déjà été développé en 1878 par Heinrich Krigar àHannovre, sa construction n'a commencé qu'à l'issue de laseconde guerre mondiale. La société suédoise "Svenska RotorMaskiner" ( SRM ) développa le compresseur à vis pour en faireun appareil standard sur le plan technique.
Les compresseurs à vis fonctionnent selon le principe durefoulement. Deux rotors parallèles présentant des profilsdifférents tournent en sens inverse dans un carter.
3.4 Compresseurs à vis
3.4.1 Généralités
3.4.2 Compression L’air aspiré est compressé jusqu’au niveau de compression finaldans des chambres dont le volume ne cesse de diminuer, suiteà la rotation des rotors. Il passe ensuite dans les conduites derefoulement. Les chambres sont formées par les parois du carteret les profils hélicoïdaux des rotors
Aspiration ( 1 )
L’air entre par l’orifice d’aspiration dans les spires des rotorsouvertes du côté aspiration.
Compression ( 2 ) + ( 3 )
la rotation progressive des rotors provoque la fermeture del’orifice d’admission d’air, le volume est réduit et la pressionmonte.
L'huile est injectée lors de ce processus.
Evacuation ( 4 )
la compression est terminée, la pression finale est atteinte,le refoulement commence.
Figure 3.31:Vue en coupe d'un compresseur à vis
Figure 3.32:Compression sur un compresseur à vis
Aspiration
Compression
Aspiration
Compression
Aspiration
Compression
Aspiration
Compression
43
Les compresseurs d'air
Les compresseurs à vis BOGE aspirent l'air ambiant via lefiltre d'aspiration 1, équipé d'un filtre microporeux en papier,d'un dépoussiéreur à cyclone et d'un indicateur d'encrassement.L'air purifié entre dans le bloc vis 4 après être passé dans lerégulateur multifonctions 2. De l'huile refroidie 3 finement doséeest injectée en continu à 55°C environ dans la chambre decompression. Elle absorbe la chaleur qui se produit lors de lacompression et atteint une température de 85°C environ. Lesdirectives CE sur les machines stipulent que la températurefinale de compression peut atteindre 110°C. La plus grandepartie de l'huile est séparée de l'air comprimé dans la cuvemixte 5. Le séparateur d'huile 6 sépare le reste, de manière àce que la teneur en huile résiduelle ne soit plus que de 1 à 3mg/m3. L'air comprimé entre ensuite dans le radiateur auxiliaired'air comprimé 9 via un clapet anti-retour à pression minimale7, où il est refroidi à une température supérieure de 8°C env.seulement à celle de la température d'aspiration. Il entre ensuitedans le réseau d'air comprimé via la vanne d'arrêt montée ensérie chez BOGE.L'huile, séparée dans le séparateur d'huile, est refroidie de 85°Cà 55°C dans un radiateur d'huile 8 généreusement dimensionné,passe dans un filtre à huile équipé d'un filtre microporeux 10.La vanne thermostatique 11, également montée dans le circuitde l'huile, permet de ramener directement l'huile froide à l'étagede compression 4.
3.4.2 Principe de
fonctionnement
Figure 3.33:Schéma fonctionnel d'uncompresseur à vis BOGE
1 = Filtre d'aspiration avec filtre microporeuxen papier
2 = Régulateur d'aspiration multifonctions
3 = Injecteur d'huile
4 = Bloc vis
5 = Cuve mixte
6 = Cartouche séparatrice
7 = Clapet anti-retour à pression minimale
8 = Radiateur d'huile
9 = Radiateur auxiliaire parallèle au courantd'air de refroidissement
10 = Filtre microporeux
11 = Vanne thermostatique
12 = Ouverture de nettoyage
4
7
6
1
2
10
9
5
11
8
3
12
44
Les compresseurs d'air
3.4.3 Circuit de l'huile L'huile injectée dans le bloc vis remplit les fonctions suivantes:
– évacuation de la chaleur de compression (refroidissement)– étanchéité de l'espace situé entre les rotors, et entre les
rotors et le carter– lubrification des paliers
1 = Réservoir d'air comprimé-huile (cuve mixte)
L'huile, séparée de l'air comprimé sous l'action de la forcecentrifuge, se dépose dans la cuve mixte.La pression qui règne dans le système permet de transportercette huile du réservoir dans le bloc vis.
2 = Clapet de réglage d'huile thermostatique
Le clapet de réglage d'huile thermostatique dirige l'huile, selonsa température, vers le radiateur ou vers une conduite dedérivation (lors de la phase de démarrage par exemple). L'huileconserve ainsi toujours une température de fonctionnement op-timale.
3 = Radiateur d'huile (refroidi par air ou par eau)Le radiateur d'huile permet de refroidir l'huile à la températurede fonctionnement.
4 = Filtre à huile
Le filtre à huile retient les impuretés contenues dans l'huile.
5 = Bloc vis
L'huile injectée revient dans la cuve mixte avec l'air comprimé.Elle y est séparée sous l'action de la pesanteur.
6 = Conduite de drainage
L'huile résiduelle qui s'est déposée dans le séparateur d'huileest refoulée vers le bloc vis dans le circuit de l'huile par laconduite de drainage.
Figure 3.34:Eléments composant le circuit de l'huile
4
5 6
2
1
3
45
Les compresseurs d'air
L'air aspiré est compressé jusqu'à la pression finale dans leschambres du bloc vis grâce aux rotors.
1 = Filtre d'aspiration
Le filtre d'aspiration nettoie l'air aspiré par le bloc vis.
2 = Régulateur d'aspiration
Le régulateur d'aspiration ouvre (marche en charge) ou ferme(marche à vide, ralenti) la conduite d'aspiration indépendammentdu mode de fonctionnement du compresseur.
3 = Bloc vis
Le bloc vis comprime l'air aspiré.
4 = Cuve mixte
L'air comprimé et l'huile sont séparés dans la cuve mixte sousl'action de la pesanteur.
5 = Séparateur d'huile
Le séparateur d'huile évacue l'huile résiduelle contenue dansl'air comprimé.
6 = Clapet anti-retour à pression minimale
Le clapet anti-retour à pression minimale ne s'ouvre que lorsquele système atteint une pression de 3,5 bar. Il provoque unerapide chute de la pression dans le système et assure lalubrification au cours de la phase de démarrage et de montéeen pression. Lorsque le compresseur est arrêté, le clapet anti-retour permet d'éviter que de l'air comprimé ne s'échappe duréseau.
7 = Radiateur auxiliaire d'air comprimé (refroidi par air)L'air comprimé est refroidi dans le radiateur auxiliaire d'aircomprimé. Une grande partie de l'humidité contenue dans l'airpasse à l'état liquide lors de cette opération.
8 = Clapet anti-retour
Le clapet anti-retour permet d'isoler le compresseur à vis duréseau.
3.4.4 Circuit de l'air
Figure 3.35:Eléments composant le circuit de l'air
78 6
543
21
46
Les compresseurs d'air
— Lorsque de l'air comprimé est nécessaire en continu.
— Parfaits en tant que machines à charge de base.
— Economiques lorsque la durée de fonctionnement atteint100%.
Sur les compresseurs à vis refroidis par injection d'huile, l'huileabsorbe près de 85% de la chaleur. La chaleur, extraite del'huile dans un échangeur de chaleur, peut être utilisée pourchauffer l'eau non potable ou de chauffage.
L'eau entrant dans l'échangeur de chaleur en contre-courantest chauffée à une température de +70°C. La quantité d'eauchauffée dépend de la différence de température.
3.4.5 Récupération de la chaleur
3.4.7 Avantages des compresseurs à vis
Figure 3.36:Echangeur de chaleur DUOTHERM de BOGE
�
Figure 3.37:Réglage de l'aspiration au moyen d'une vanne decommande
Le régulateur d'aspiration commande l'aspiration de l'air ducompresseur à vis.
— Démarrage à vide lorsque le régulateur est fermé.
— Fermeture hermétique en marche à vide, à l'arrêt et lorsd'un arrêt d'urgence.
3.4.6 Régulation de l'aspiration
47
Les compresseurs d'air
3.4.8 Modules d'un compresseur à vis
Filtre d'aspirationCommande
Moteur
Figure 3.38:Modules d'un compresseur à vis
Bloc vis
Filtre à huile
Cuve mixte
Radiateur air comprimé-huile
Séparateur d'huile
Régulateur d'aspiration
Filtre de l'airdeventilation
48
Les compresseurs d'air
3.5 Modules équipant les
compresseurs
3.5.1 Moteur d'entraînement Les moteurs d’entraînement, les moteurs triphasés en parti-culier, fonctionnent généralement à un régime de 3000 t/min.La vitesse de rotation appropriée pour le compresseur est ob-tenue grâce à une transmission par courroies trapézoïdales.Les moteurs triphasés sont conformes à la classe de protectionIP 55 et à la classe d'isolation F, et représentent l'état actuel dela technique.
Figure 3.39:Moteur d'entraînement avec courroiestrapézoïdales et système de tension de courroies
3.5.2 Courroies trapézoïdales Le compresseur est entraîné au moyen de courroiestrapézoïdales.
Grâce au système d'entraînement patenté GM qui équipe lescompresseurs à vis, les courroies ne nécessitent pratiquementaucune maintenance, leur durée de vie peut atteindre 25 000heures de fonctionnement.
3.5.3 Système de tension de courroie Le moteur des compresseurs à pistons est monté sur unsystème de tension de courroie. Pour tendre la courroie, lemoteur est déplacé sur des guides parallèles au moyen d'unebroche centrale. La courroie trapézoïdale peut tourner en touteliberté.
Les compresseurs à vis BOGE sont équipés du système
d'entraînement GM BOGE. Grâce à ce système, il est inutilede retendre la courroie ou de l'ajuster lorsqu'elle est remplacée.En cours de fonctionnement, la tension de la courroie estadaptée de manière optimale à chacune des phases defonctionnement.
Figure 3.40:Entraînement GM BOGE
49
Les compresseurs d'air
3.5.4 Soupapes d'aspiration et de
refoulement
La soupape à languette commande l’entrée et la sortie del’air dans la chambre du cylindre du compresseur à piston.
Les soupapes à languette ferax® de BOGE possèdent moinsd'éléments que les soupapes traditionnelles. Elles fonctionnentsans frottement, présentent peu d'espaces morts et unerésistance hydraulique moins importante. Il en résulte un débitplus élevé, des durées de vie des soupapes plus longues et uncalaminage pratiquement nul. Le calaminage est dû auximpuretés qui se forment en présence de températures decompression élevées et qui se déposent sur les soupapes.
Figure 3.41:Soupape à languette ferax® de BOGE
3.5.5 Soupape de sécurité La soupape de sécurité doit évacuer le débit entier du com-presseur à 1,1 fois la pression nominale du réservoir d’air com-primé.
Figure 3.42:Soupape de sécurité sur le compresseur à vis
3.5.6 Filtre d'aspiration L’air à comprimer est aspiré hors de la chambre du compres-seur via le filtre d’aspiration. Le filtre d’aspiration sépare lesimpuretés solides (particules de poussière) de l’air aspiré.L’usure du compresseur est ainsi réduite à un minimum et leclient dispose d’un air comprimé propre.
Dans les environnements poussiéreux (cimenteries parexemple), on utilise les cartouches filtrantes en papier, car ellespossèdent un pouvoir de séparation plus élevé que les filtres àair de type humide traditionnels ou les filtres en mousse.
Il est possible de nettoyer les cartouches filtrantes sur lescompresseurs de grande taille. Il est également possible desurveiller les différences de pression sur le filtre d'aspiration.L'encrassement du filtre peut être ainsi identifié à temps.
Figure 3.43:Filtre d'aspiration et cartouche filtrante en papier
Dépoussiéreur à Cartouche filtrante encyclone papier
Evacuation automatique de la poussière
50
Les compresseurs d'air
3.6 Lubrifiants et réfrigérants pour
compresseurs
Les huiles pour compresseurs sont conformes à la norme DIN51506. Il est déconseillé d’utiliser des huiles HD pour lubrifierun compresseur, car elles ont tendance à s’émulsionner etperdent ainsi leur pouvoir lubrifiant.
Les huiles minérales et synthétiques sont autorisées. Dansdes conditions d'exploitation normales, les huiles minérales ontune durée de vie de 2000 heures environ. Les huilessynthétiques peuvent être remplacées à plus longs intervalles.
Le niveau d'huile du compresseur doit être vérifié régulièrement.
La première vidange doit être réalisée à l'issue de la période derodage (entre 300 et 500 heures de fonctionnement environ).
Le compresseur ne doit pas être mis en route si le niveau d'huileest insuffisant. Une marche d'essai sans huile, même de trèscourte durée (pour s'assurer par exemple du sens de rotation)peut détériorer l'appareil.
Le filtre à huile doit être nettoyé après chaque vidange etremplacé par un filtre neuf toutes les deux vidanges.
Les huiles pour compresseurs et le condensat des compresseurslubrifiés à l'huile ne doivent pas être déversés dans lescanalisations, mais éliminés en tant qu'huiles usagées.
Compresseur à piston
Les huiles à base synthétique permettent de porter la durée defonctionnement du compresseur à 8000 heures.
Compresseur à vis
Les huiles à base semi-synthétique permettent de porter ladurée de fonctionnement du compresseur à 9000 heures.
Des huiles USDA-H1 doivent être utilisées si l'air compriméentre en contact avec des produits alimentaires.
Figure 3.44:Contrôle du niveau d'huile et sonde de niveau
51
Régulation des compresseurs
4. Régulation des compresseurs
L’objectif de la régulation est de réduire la consommationd’énergie et l’usure et de maximiser la disponibilité.
Il existe différents types de régulation, en fonction du modèleet de la taille du compresseur et du domaine d’application :
– régulation de la pression finale de compression (pressionréseau)
– régulation de la pression d’aspiration
– régulation du volume débité
– régulation de la puissance électrique absorbée du moteurdu compresseur
– régulation de l’humidité en aval du compresseur
La régulation de la pression finale du compresseur représentele facteur de réglage le plus important.
Pression réseau pR [bar
S]
La pression réseau pR est la pression mesurée à la sortie du
compresseur, après le clapet anti-retour. Il s’agit de la pressionqui règne dans le réseau de conduites.
Pression théorique du réseau pRT
[barS]
La pression théorique du réseau pRT
est la pression minimumqui doit être disponible dans le réseau.
Pression du système pSyst
[barS]
La pression du système pSyst
est la pression qui règne au seind’un compresseur à vis jusqu’au clapet anti-retour de pressionminimale.
Pression de déclenchement pmin
[bars]
La pression de déclenchement pmin
est la pression à partir delaquelle le compresseur est activé.La pression de déclenchement p
min doit être au moins supérieure
de 0,5 bar à la valeur théorique de la pression réseau pR.
Pression d’arrêt Pmax
[bars]
La pression d’arrêt pmax
est la pression à partir de laquelle lecompresseur est désactivé.Sur les compresseurs à pistons, la pression d’arrêt p
max devrait
excéder de 20% env. la pression de déclenchement (par ex. :pression de déclenchement de 8 bar et pression d’arrêt de 10bar).Sur les compresseurs à vis, la pression d’arrêt p
max devrait
excéder de 0,5 à 1 bar la pression de déclenchement (par ex. :pression de déclenchement de 9 bar et pression d’arrêt de10 bar).
4.1 Définitions de pressions
52
Régulation des compresseurs
L’état de fonctionnement représente la situation actuelle danslaquelle se trouve le compresseur. Les états de fonctionnementconstituent la base de régulation des compresseurs.
Le compresseur est à l’arrêt, mais il est opérationnel. Il démarreautomatiquement dès que de l’air comprimé est nécessaire.
Le moteur du compresseur est en marche, mais l’air n’est pascomprimé. Le compresseur économise l’énergie en partienécessaire pour la compression. Il passe immédiatement enmode Pleine charge dès que de l’air comprimé est nécessaire.
La marche à vide permet de réduire les cycles moteur et parconséquent de limiter l’usure.
On fait appel à différentes techniques pour contrôler la marcheà vide :
Commutation par circulation
La conduite d’aspiration est reliée directement à la conduite derefoulement. D’importantes pertes de pression surgissent, ilest impératif de prévoir un clapet anti-retour.
Commutation par courant de retour
Les soupapes d’aspiration du compresseur ne sont pas ferméeslors du processus de compression. L’air n’est pas comprimé etrepart vers le côté aspiration.
La commutation par courant de retour est également appropriéepour délester le compresseur au démarrage, la déchargeintervenant déjà dès la première course de travail.
Fermeture de la conduite d’aspiration
Une soupape ferme la conduite d’aspiration du compresseur.Le débit aspiré est réduit à zéro. Il ne reste plus d’air àcomprimer, les pertes restent par conséquent très faibles.
Fermeture de la conduite de pression
Une soupape ferme la conduite de pression du compresseur.L’air comprimé ne peut pas être évacué. Aucun débit ne peutêtre généré.
4.2 Etats de fonctionnement
4.2.1 Arrêt (L0)
4.2.2 Marche à vide (L1)
53
Régulation des compresseurs
Le débit du compresseur est adapté aux différents besoins enair comprimé. La consommation d’énergie baisse lorsque ledébit diminue. La pression du réseau p
R est constante.
Plusieurs méthodes permettent de faire varier le débit. Danscertains cas, il est possible de les combiner entre elles :
Réglage de la vitesse de rotation
Le débit du compresseur est modifié en variant la vitesse derotation du moteur. Cette application est utilisée en premierlieu sur les compresseurs équipés d’un moteur à explosion.Sur les compresseurs à moteur électrique, la vitesse de rotationest généralement réglée au moyen d’un variateur de fréquence.
Le débit est réglé en continu de 40 à 100%.
Réglage de la chambre de mise en circuit (sur lescompresseurs à pistons uniquement)
L’agrandissement de l’espace mort provoque une forte ré-expansion de l’air comprimé. Le débit peut être réduit peu àpeu si l’on ouvre plusieurs chambres de mise en circuit lesunes après les autres. Il existe également des variantes quipermettent d’agrandir une chambre de mise en circuit en continu.
Réglage du courant de retour (sur les compresseurs à pistonsuniquement)
Le débit du compresseur est réduit en ouvrant les soupapesd’aspiration au cours de la compression. La période d’ouverturedes soupapes d’aspiration détermine la diminution du débitcomprimé.
Un réglage de charge partielle de 25 à 100% du débit peut êtreréalisé. Le débit descend à zéro si la soupape d’aspiration resteouverte pendant toute la durée de la compression.
Réglage de l’étranglement d’aspiration
Une soupape d’étranglement réglable est montée sur la conduited’aspiration pour réduire le volume d’aspiration. Le réglageautomatique est assuré par une soupape de pression asserviesur laquelle on applique la pression réseau. Si la pression réseaubaisse, la soupape d’étranglement s’ouvre, le compresseuraspire davantage d’air et le débit augmente. Dès que la pressionréseau s’est stabilisée, la soupape d’étranglement se refermeet le compresseur fonctionne au ralenti
Le débit varie en continu de 0 à 100%. Les besoins en énergieélectrique restent supérieurs à 70%.
4.2.3 Charge partielle
4.2.4 Pleine charge (L2
)Le compresseur fournit le débit maximum. La consommationd’énergie atteint son maximum.
54
Régulation des compresseurs
La régulation d’un compresseur poursuit deux objectifs :économiser l’énergie et limiter l’usure.
Pour atteindre ces objectifs, les 4 modes de fonctionnementdes compresseurs sont combinés dans différents types derégulation. Le type de régulation retenu dépend des conditionsmarginales.
En mode intermittent, un interrupteur manométrique ou unmanomètre de contact déclenchent le compresseur en fonctionde la pression qui règne dans le réseau.
Le compresseur possède deux modes de fonctionnement :Pleine charge (L
2) et Arrêt (L
0).
Parmi tous les types de régulation, cette conception présentele meilleur bilan énérgétique. Elle est conseillée lorsqu’unréservoir d’air comprimé volumineux équipe le compresseur. Unvolume de stockage important permet en outre de réduire lenombre de cycles moteur.
– La pression réseau pR monte jusqu’à la pression d’arrêt
pmax
.Le compresseur passe en mode Arrêt (L
0).
– La pression réseau pR chute jusqu’à la pression de
déclenchement pmin
.Le compresseur passe en mode Pleine charge (L
2).
Un interrupteur manométrique ou un manomètre de contactpermettent de déclencher le compresseur en pleine charge oude l’arrêter en fonction de la pression qui règne dans le réseau.
En Marche à vide (L1), le moteur continue de tourner, mais le
compresseur ne fournit pas d’air comprimé. Le compresseurne consomme plus que 30% environ de l’énergie nécessairelorsqu’il fonctionne en pleine charge.
Le fonctionnement continu du moteur minimise les démarragesdu moteur qui, particulièrement sur les gros moteurs, provoquentune usure plus élevée.
Le mode Marche à vide est utilisé dans les réseaux d’aircomprimé disposant d’un volume de stockage relativement faible,afin de ne pas dépasser le nombre de déclenchements autorisésdu moteur d’entraînement.
– La pression du réseau pR monte jusqu’à la pression
d’arrêt pmax
.Le compresseur passe en mode Marche à vide (L
1).
– La pression du réseau pR chute jusqu’à la pression de
déclenchement pmin
.Le compresseur passe en mode Pleine charge (L
2).
4.3 Régulation des
compresseurs
4.3.1 Mode intermittent
Figure 4.1 :Schéma fonctionnel du mode intermittent
Pression
Rendement électrique
4.3.2 Marche à vide
Figure 4.2 :Schéma fonctionnel du mode Marche à vide
Pression
Rendement électrique
55
Régulation des compresseurs
Un pressostat, ou un manomètre de contact, est utilisé enassociation avec un élément temporel pour commander lecompresseur en fonction de la pression du réseau.
Le compresseur exécute les modes de fonctionnement Pleine
charge (L2), Marche à vide (L
1) et Arrêt (L
0). Les modes de
fonctionnement sont reliés entre eux via l’élément temporel tV .
Le mode intermittent retardé conjugue les avantages du modeintermittent et ceux de la marche à vide. Il représente un justemilieu, avec une consommation d’énergie moindre qu’en marcheà vide.
Deux variantes de commutation sont utilisées pour le modeintermittent retardé :
1ère variante
– La pression reseau pR augmente jusqu’à la pression
d’arrêt pmax.
.Le compresseur passe en mode Marche à vide (L
1).
– La pression réseau pR n’a pas atteint la pression de
déclenchement pmin
à l’issue de la période tV.
Le compresseur passe en mode Arrêt (L0).
– La pression réseau pR descend sous la pression de
déclenchement pmin
.Le compresseur passe en mode Pleine charge (L
2).
2è variante
– La pression réseau pR augmente jusqu’à la pression
d’arrêt pmax.
.Le compresseur passe en mode Marche à vide (L
1).
– La pression réseau pR atteint la pression de déclenchement
pmin
avant l’issue de la période tV.
Le compresseur passe en mode Pleine charge (L2)
Il existe deux possibilités pour activer l’élément temporel tV :
1. L’élément temporel tV est démarré lorsque le compresseur
est mis en route (pmin
).Il en résulte des périodes de marche à vide plus réduites etdonc de plus faibles coûts en énergie que dans le cas defigure 2.
2. L’élément temporel tVest démarré lorsque la pression d’arrêt
(pmax
) est atteinte.
4.3.3 Mode intermittent retardé
Figure 4.3Diagramme fonctionnel du mode intermittentretardé
Pression
Rendement électrique
1. 2.
56
Régulation des compresseurs
Le volume débité par le compresseur est adapté au volumed’air comprimé nécessaire.
La pression du réseau pR reste en grande partie constante grâce
au réglage de puissance variable. Les fluctuations de pR sont
différentes selon la méthode de régulation de charge partielleemployée.
La régulation de charge partielle est utilisée sur les systèmesdisposant d’un volume de stockage limité et/ou lorsque lesvariations des consommateurs sont trop importantes. Le nombrede cycles diminue.
Indépendamment de la commande ARS, BOGE propose enoption une régulation progressive pour les compresseurs àvis refroidis par injection d’huile. Ce réglage intervient dans lesprocessus du régulateur d’aspiration et fonctionne selon leprincipe de la modulation.
La régulation progressive de BOGE est définie en usine surun refoulement compris entre 50 et 100% du débit. Si le débitchute en dessous de 50%, le compresseur ne fonctionne paséconomiquement. Selon le cycle de démarrages, le compresseurest arrêté ou continu de fonctionner à vide.
Le réglage de la fréquence permet de régler le débit entre 0%(marche à vide) et la plage comprise entre 40 à 100%, pourune puissance absorbée de 35 et 110 %. Le réglage de chargepartielle est réalisé en modifiant la vitesse de rotation du moteurd’entraînement, commandé par un variateur de fréquence.
Le compresseur ne fonctionne pas économiquement si le débitchute en dessous de 40%. Le compresseur est désactivé oufonctionne à vide selon le cycle de démarrages. Le réglage dela fréquence fonctionne le plus économiquement sur lescompresseurs à vis fonctionnant sans huile.
4.3.4 Charge partielle
4.3.4.1 Régulation progressive
4.3.4.2 Réglage de la fréquence
Figure 4.4Schéma fonctionnel du réglage de charge partielle
Variation de la pression
Variation du rendement électrique
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Pu
iss
an
ce
ab
so
rbé
e [
%]
Figure 4.5 :Corrélation entre le débit et la puissance nécessitéedans le cas de la régulation progressive.
Débit [ % ]
Zone non économique
Zone
économique
Courbe caractéristique de
la régulation progressive
Courbe
idéale
Puissance
absorbée au
ralenti
57
Régulation des compresseurs
Les compresseurs à vis BOGE et les compresseurs à pistonssuper insonorisés sont équipés de la commande moderne ARS
(Autotronic, Ratiotronic, Supertronic).La commande ARS propose divers équipements et différentesfonctions.
ARS est un concept de commande et de contrôle intégré pour-suivant deux objectifs :– économies d’énergie et par conséquent réduction des coûts
de fonctionnement
– prolongation de la durée de vie du compresseur en limitantl’usure à un minimum
Sur les compresseurs à vis, la commande ARS est équipéed’un microcontrôleur autorisant le mode intermittent,économique, en tenant compte des cycles moteur maximaadmissibles. Les compresseurs à pistons fonctionnentuniquement en mode intermittent, plus économique.
Toutes les données programmées sont mémorisées dans unmodule de mémoire ( EEPROM ) qui peut être écrit et effacéde manière électronique. Les informations mémorisées sontainsi toujours disponibles, même à la suite d’une coupure decourant.
Conception modulaire
La commande ARS se compose d’éléments standard qu’il estpossible d’acquérir séparément. Les différents modules peuventêtre installés sans difficulté à posteriori. Les commandes sontainsi adaptées de manière optimale aux souhaits et aux besoinsdes clients. Les commandes sont remplacées rapidement encas de panne pour accroître la disponibilité du compresseur.Les recherches de pannes longues et onéreuses réalisées pardes spécialistes font désormais partie du passé.
4.4. La commande ARS
58
Régulation des compresseurs
4.4.1 Automatic
4.4.2 Autotronic
Figure 4.8 :La commande Autotronic de BOGE pourcompresseurs à vis
Figure 4.6 :La commande Automatic de BOGE pourcompresseurs à pistons
Figure 4.7 :La commande Autotronic de BOGE pourcompresseurs à pistons
La commande Automatic est destinée aux compresseurs àpistons super insonorisés. Elle offre les options suivantes :
– régulation intermittente économique via un pressostatmanométrique
– affichage du mode de fonctionnement pleine charge
– affichage des heures de fonctionnement
– affichage de la pression réseau
– redémarrage automatique sans charge automatique à lasuite d’une coupure de courant
– possibilité de raccorder plusieurs compresseurs via MCS
Autotronic est une unité de commande et de contrôle intelli-gente destinée aux compresseurs à vis et à pistons. Pour lescompresseurs à pistons, elle offre les possibilités suivantesen plus de celles offertes par l’Automatic :
– panneau de commande clair doté d’un afficheur à 7segments, diodes électroluminescentes et schémafonctionnel
– affichage des modes de fonctionnement
– commande programmable
– protection des paramètres de programme importants parcode
– mode Test intégré pour toutes les entrées et sorties
– affichage de tous les messages de dérangements etd’alerte importants (en option)
– mode de fonctionnement Marche à vide (en option)
– affichage des heures de marche à vide (en option)
Pour les compresseurs à vis, la commande Autotronic proposeles fonctions supplémentaires suivantes :
– réglage dynamique Pleine charge-Marche à vide (cycleintermittent retardé)
– sélection automatique du meilleur mode defonctionnement
– optimisation automatique des démarrages moteur
– affichage automatique en série des messages dedérangements et d’alerte importants
– affichage et contrôle de la température de compressionfinale
59
Régulation des compresseurs
4.4.3 Ratiotronic
4.4.4 Supertronic
Figure 4.9 :La commande Ratiotronic de BOGE pourcompresseurs à pistons
Figure 4.10 :La commande Ratiotronic de BOGE pourcompresseurs à vis
Figure 4.11 :La commande Supertronic de BOGE pourcompresseurs à vis
La commande Ratiotronic est une extension de la commandeAutotronic pour compresseurs à vis et à pistons. Elle offre lespossibilités supplémentaires suivantes :
– affichage des messages de dérangements et d’alerteimportants (en option)
– commande sur site et télécommandée
– affichage externe des données d’exploitation et desmessages
La commande Supertronic est une unité de commande et decontrôle complexe pour les compresseurs à vis. Elle disposede fonctions plus complètes que celles offertes par les autrescommandes :
– écran à cristaux liquides affichant 4 x 20 caractères etaffichage de texte en clair
– réglage de la pression réseau au clavier
– affichage détaillé et surveillance des donnéesd’exploitation importantes
– surveillance détaillée du compresseuraffichage des messages de dérangements et d’alerte surl’écran à cristaux liquides.
– horloge en temps réel électronique intégrée, pour arrêteret déclencher le compresseur, commandée depuis leclavier.
– possibilité de régler tous les paramètres d’exploitation auclavier
– possibilité d’accéder à toutes les fonctions au moyen dequelques touches supplémentaires
60
Régulation des compresseurs
1.1
Un seul gros compresseur n’est pas idéal lorsque l’on est enprésence d’une consommation très élevée et très fluctuante.Un système combiné composé de plusieurs compresseursreprésente une alternative. Une grande sécurité defonctionnement et un rendement plus élevé sont des argumentsqui parlent en faveur de cette solution.
Les entreprises très dépendantes de l’air comprimé peuventassurer leur alimentation continue grâce à un système decompresseurs combiné. Si un compresseur tombe en panne,ou s’il faut effectuer des travaux de maintenance, les autrescompresseurs assurent l’alimentation en air comprimé.
Il est plus facile d’adapter la consommation d’air comprimé enutilisant plusieurs petits compresseurs à la place d’un seul,plus puissant. Les frais de marche à vide d’un gros compresseursont en outre plus élevés que ceux d’un groupe de petitscompresseurs dont certains peuvent s’arrêter. On obtient decette manière un rendement plus élevé.
Un groupe de compresseurs est supervisé grâce à unecommande qui permet d’assurer un fonctionnement économiqueet de limiter l’usure au maximum.
La commande MCS 1 permet de piloter 2 compresseurs depuissances identiques en charge de base et en charge depointe. Les compresseurs sont utilisés alternativement, déclen-chés et arrêtés par leur propre pressostat. La commande offreles fonctions suivantes :
– fonctionnement alternatif commandé par programmateur
– déclenchement et arrêt du compresseur décalé dans letemps sur l’ordre de la commande par étages de pression
– utilisation régulière des compresseurs
– pression constante dans toute la plage de pression
– différence de pression minimale Dp = 0,8 bar
La commande MCS 2 est en mesure de piloter 3 compresseursde puissances identiques en charge de base, en chargemoyenne et en charge de pointe. Les compresseurs sont utilisésalternativement, déclenchés et arrêtés par leur proprepressostat. Outre la différence de pression plus importante,l’extension à 3 compresseurs représente la seule différencepar rapport à la commande MCS 1. Elle offre sinon le mêmeéquipement.
– Différence de démarrages minimale Dp = 1,1 bar
4.5.1 MCS 1 et MCS 2
Figure 4.12 :La commande Master Control System 2 de BOGE
Figure 4.13 :Schéma de connexion de la MCS 2 de BOGE
4.5 Régulation de plusieurs
compresseurs
61
Régulation des compresseurs
4.5.2 MCS 3 La commande MCS 3 permet de piloter 4, 8, ou 12compresseurs de puissances identiques ou différentes au seind’un système. Tous les compresseurs sont commandés parun capteur de pression commun situé sur le réservoir d’aircomprimé.La commande MCS 3 avec 0,5 bar offre un faible Dp. Unepression de déclenchement ou d’arrêt précise n’est pas assignéeaux différents compresseurs. Tous les compresseursfonctionnent dans la même plage de pression ( Dp = 0,5 bar ).Les compresseurs commutent de manière dynamique enfonction des besoins et selon des valeurs de pressionintermédiaires définies. La vitesse de chute ou de montée depression est mesurée. Les compresseurs sont déclenchés etarrêtés en conséquence de manière dynamique.
La commande propose les fonctions suivantes :
– réglage dynamique de la pression grâce à un microcontrôleurcouplé à un régulateur de pression pour garantir unedifférence de pression minimale de 0,5 bar (pas desurpression ® économie d’énergie).
– calage des compresseurs par priorité sur une échelle pourassurer les différents besoins en air comprimé
– calage individuel de chaque compresseur à l’intérieur degroupes avec répartition de charge identique
– cycle alternatif de charge de base réglable
– rotation indépendante des compresseurs dans les groupes
– déclenchement et arrêt des compresseurs alterné sur ordrede la commande
– écran à cristaux liquides affichant 4 x 20 caractères etaffichage de texte en clair
– possibilité de vérifier toutes les entrées et sorties via unmenu test
– passage automatique sur pressostat des différentscompresseurs en cas de coupure de courant
– sans la MCS 3, les différents compresseurs fonctionnentde manière autonome. Ils sont alors commandés par leurpropre pressostat
Figure 4.14 :La commande Master Control System 3 de BOGE
Figure 4.15 :Schéma de connexion de la MCS 3 de BOGE
Pressiond’activation Compresseurs 1 à 12
Différence
de pression
62
Régulation des compresseurs
La commande MCS 4 permet de piloter au maximum 8compresseurs de puissances identiques ou différentes. Tousles compresseurs sont commandés par un capteur de pressioncommun situé sur le réservoir d’air comprimé.
Le compresseur le plus puissant, ou la combinaison decompresseurs la plus puissante, assure la charge de base. Leplus petit compresseur délivre les charges de pointe. Lescompresseurs de taille identique fonctionnent alternativementen charge de base.
La commande MCS 4 analyse la consommation d’air compriméen continu à partir des puissances des compresseurs pré-programmées. Elle choisit le compresseur le mieux adapté auxbesoins.
La commande dispose des fonctions suivantes :
– utilisation des différents compresseurs et des combinaisonsde compresseurs en fonction des besoins
– utilisation des avantages des compresseurs à vis et à piston
– Dp de 0,5 bar (pas de surpression ® économie d’énergie).
– trois profils de pression différents par jour grâce auprogramme à minuterie permettant d’adapter la commandeaux différents besoins en air comprimé
– déclenchement et arrêt alterné des compresseurs sur ordrede la commande
– écran à cristaux liquides affichant 2 x 20 caractères etaffichage de texte en clair
– possibilité de vérifier toutes les entrées et sorties via unmenu test
– passage automatique sur pressostat des différentscompresseurs en cas de panne de courant
– sans la MCS 4, les différents compresseurs fonctionnentde manière autonome. Ils sont alors commandés par leurpropre pressostat
– deux contacts secs à minuterie sont prévus pour descomposants additionnels
4.5.3 MCS 4
Figure 4.16 :La commande Master Control System 4 de BOGE
Figure 4.17 :Schéma de connexion de la MCS 4 de BOGE
Pressiond’activation Compresseurs 1 à 8
Différence
de pression
63
Régulation des compresseurs
4.5.4 MCS 5
Figure 4.18 :La commande Master Control System 5 de BOGE
La commande MCS 5 permet de piloter de 2 à 4, 8 ou 12compresseurs de puissances identiques ou différentes équipésde régulation progressive. Tous les compresseurs sontcommandés par un capteur de pression commun situé sur leréservoir d’air comprimé. Le compresseur de charge de pointeassure le débit en air comprimé par sa régulation progressive.
Lorsque les besoins en air comprimé diminuent, cecompresseur est arrêté et c’est au tour du compresseur le mieuxadapté d’assurer le débit.
Les systèmes MCS 3 et MCS 5 se ressemblent, excepté leréglage de la régulation progressive.
La commande propose les fonctions suivantes :
– adaptation du débit en fonction des besoins en aircomprimé grâce à un système de réglage de la puissanceen continu du compresseur de charge de pointe
– fluctuations de pression minimales dans le réseau d’aircomprimé
– réglage dynamique de la pression grâce à unmicrocontrôleur conjugué à un régulateur de pression pourgarantir une différence de démarrages minimale de 0,5bar (pas de surpression ® économie d’énergie).
– répartition variable des compresseurs en plusieursniveaux pour assurer les différents besoins en aircomprimé lors des quarts
– assignation individuelle des différents compresseurs dansles diverses plages de charge et utilisation uniforme descompresseurs
– cycle alternatif de charge de base réglable
– rotation indépendante des compresseurs dans lesgroupes de plages de charges
– déclenchement et arrêt des compresseurs décalé dans letemps sur l’ordre de la commande
– écran à cristaux liquides affichant de 4 x 20 caractères etaffichage de texte en clair.
– possibilité de vérifier toutes les entrées et sorties via unmenu test.
– commutation automatique sur le pressostat des différentscompresseurs en cas de coupure de courant.
– sans la MCS 5, les différents compresseurs fonctionnentde manière autonome. Ils sont alors commandés par leurpropre pressostat.
Figure 4.19 :Schéma de connexion de la MCS 5 de BOGE
Pressiond’activation Compresseurs 1 à 12
Différence
de pression
64
Régulation des compresseurs
4.5.5 MCS 6 La commande MCS 6 permet de piloter de 2 à 4, 8 ou 12compresseurs maximum de puissances identiques oudifférentes au sein d’un système de compresseurs, en réglantla vitesse de rotation. Tous les compresseurs sont commandéspar un capteur de pression commun situé sur le réservoir d’aircomprimé. Le compresseur de charge de pointe commande lademande en air comprimé grâce à son système de régulationde fréquence de la vitesse de rotation.
Lorsque la demande en air comprimé baisse, ce compresseurest arrêté et le compresseur de charge moyenne assure larégulation grâce à son système de réglage de fréquence de lavitesse de rotation.
Les commandes MCS 3 et MCS 6 se ressemblent, à l’exceptiondu système de réglage de fréquence de la vitesse de rotation.
La commande propose les fonctions suivantes :
– adaptation du débit aux besoins en air comprimé grâce ausystème de réglage de fréquence de la vitesse derotation du compresseur de charge de pointe
– fluctuations de pression minimales dans le réseau d’aircomprimé
– réglage dynamique de la pression grâce à unmicrocontrôleur conjugué à un régulateur de pression pourgarantir une différence de démarrages minimale de 0,5bar (pas de surpression ® économie d’énergie).
– répartition variable des compresseurs en plusieursniveaux pour assurer les différents besoins en aircomprimé lors des quarts
– assignation individuelle des différents compresseurs dansles différentes plages de charge et utilisation uniformedes compresseurs
– cycle alternatif de charge de base réglable
– rotation indépendante des compresseurs dans lesgroupes de plages de charges
– déclenchement et arrêt des compresseurs décalé dans letemps sur l’ordre de la commande
– écran à cristaux liquides affichant 4 x 20 caractères etaffichage de texte en clair
– possibilité de vérifier toutes les entrées et sorties via unmenu test
– passage automatique sur le pressostat des différentscompresseurs en cas de coupure de courant
– sans la MCS 6, les différents compresseurs fonctionnentde manière autonome Ils sont alors commandés par leurpropre pressostat
Figure 4.20 :La commande Master Control System 6 de BOGE
Figure 4.21 :Schéma de connexion de la MCS 6 de BOGE
Pressiond’activation Compresseurs 1 à 12
Différence
de pression
65
Régulation des compresseurs
4.5.6 MCS 7 La commande MCS 7 permet de piloter, de régler et de surveillerune station d’air comprimé complète en association avec lacommande Siemens S 5 ( S7 ) et le terminal d’opérateur OP 15.
Eléments de base :
– 8 compresseurs
– 2 sécheurs à air comprimé par réfrigération
– 2 sécheurs par adsorption
– 10 Bekomats
– 2 canaux de commutation sans potentiel pour commanderles appareils additionnels
La MCS 7 est disponible en trois versions :
Version 1
La version 1 propose un programme logiciel étendu de lacommande MCS 3. Elle permet de réaliser une régulationindépendante de la pression sur 8 à 12 compresseurs de tailleset de types identiques ou différents, selon des niveaux de prioritéet des programmes à minuterie.
Version 2
La version 2 propose un programme logiciel étendu de lacommande MCS 5. Elle permet de réaliser une régulationindépendante de la pression sur 8 à 12 compresseurs de tailleset de types identiques ou différents, avec un système de réglagede la puissance en continu.
Version 3
La version 3 propose un programme logiciel étendu de lacommande MCS 6. Elle permet de réaliser une régulationindépendante de la pression sur 8 à 12 compresseurs de tailleset de types identiques ou différents, avec un système de réglagede la fréquence de vitesse de rotation.
La commande propose également les fonctions suivantes, enplus de celles offertes par la version de base :
– saisie de l’état de fonctionnement des compresseurs etdes autres composants de la station de compresseurs
– stockage des messages de fonctionnement, de mainte-nance et de dérangements. La maintenance et la répara-tion des stations de compresseurs sont très simplifiées
– commande et surveillance des composants de retraite-ment de l’air comprimé et du réseau d’air comprimé
– accouplement BUS via Profibus (en option), et possibilitéde raccordement à un système de commande centralisé
– visualisation de l’installation sur l’équipement de contrôlesupérieur (en option). Il est ainsi possible d’appeler desinformations détaillées sur l’ensemble de l’alimentation enair comprimé.
Figure 4.22 :La commande Master Control System 7 de BOGE
Figure 4.23 :Schéma de connexion de la MCS 7 de BOGE
Pressiond’activation Compresseurs 1 à 12
Différence
de pression
66
Traitement de l’air comprimé
5. Traitement de l’air
comprimé
5.1 Pourquoi traiter l’air comprimé ? Les équipements de production modernes nécessitent de l’aircomprimé. La multitude des applications s’étend de l’air desoufflage non traité à l’air comprimé absolument sec, sans huileet stérile.
Les impuretés présentes dans l’atmosphère sont généralementinvisibles à l’oeil nu. Elles peuvent cependant avoir uneinfluence néfaste sur le fonctionnement du réseau d’aircomprimé et des outillages, ainsi que sur la qualité des produits.
1 m3 d’air atmosphérique renferme une multitude d’impuretés,comme par exemple :
– jusqu’à 180 millions de particules d’impuretés dont lataille varie de 0,01 à 100 µm
– 5 à 40 g/m³ d’eau sous forme d’humidité
– 0,01 à 0,03 mg/m3 d’huile sous forme d’aérosols minérauxet d’huile sous forme d’hydrocarbures imbrûlés
– traces de métaux lourds tels que le plomb, le cadmium, lemercure, le fer
Les compresseurs aspirent l’air atmosphérique et le concentrentun grand nombre de fois. Lorsque la compression atteint 10 bar(une surpression de 10 bar = 11 bar de pression absolue) laconcentration des particules d’impuretés est multipliée par 11.1 m3 d’air comprimé peut contenir 2 milliards de particulesd’impuretés. De l’huile de lubrification et des particules d’usureprovenant du compresseur pénètrent en outre dans l’aircomprimé.
Le traitement de l’air comprimé bien effectué présente des
avantages :
– prolongement de la durée de vie des outillages raccordés
– qualité améliorée et constante des produits
– conduites d’air comprimé exemptes de condensat et derouille
– dérangements moins fréquents
– conduites exemptes de collecteurs de condensat
– frais de maintenance moindres
– baisse des pertes de pression dues aux fuites et auxpertes de charge
– baisse de la consommation d’énergie grâce aux pertes depression moins importantes
Figure 5.1 :Concentration des impuretés contenues dansl’air lors de la compression
67
Traitement de l’air comprimé
5.1.2 Planification BOGE conseille d’effectuer le traitement en fonction de la listesuivante pour les différentes applications de l’air comprimé.
Co
mp
resseu
rs à
vis
et
à p
isto
ns B
OG
E
Domaine d’application Cl. de qualité
de l’air comprimé DIN ISO 8573-1
Air industriel en général — — —
Air de soufflage — — —
Sablage — 3 —
Travaux de peinture — 3 —
Air primaire 5 3 4
Air de convoyage 5 3 4
Pulvérisation de peinture 5 3 4simple
Sablage avec exigencesélevées 5 3 4
Outils à air comprimé 1 1 4
Air de réglage 1 1 4
Technique de mesure et 1 1 4de réglage
Pulvérisation de peinture 1 1 4
Conditionnement 1 1 4
Composants pneumatiques 1 1 4
Laboratoires dentaires 1 1 4
Laboratoires photo 1 1 4
Air respirable 1 1 1-3
Air instruments 1 1 1-3
Systèmes pneumatiques 1 1 1-3
Pulvérisation de peintureavec hautes exigences de 1 1 1-3qualité
Technique des surfaces 1 1 1-3
Techniques médicales 1 1 3-4
Air primaire, exigencesde qualité élevées 1 1 3-4
Industrie des produitsalimentaires et denrées de 1 1 3-4luxe
Brasseries 1 1 1-3
Laiteries 1 1 1-3
Industrie pharmaceutique 1 1 1-3
Hu
ile
Part
icu
les
Eau
Co
mp
res
se
ur
Sé
pa
rate
ur
ce
ntr
ifu
ge
*)
Pré
filt
re
Sé
ch
. p
ar
réfr
igé
r.
Fil
tre
mic
rop
or.
Sé
ch
eu
r à
dia
ph
rag
me
Pré
filt
re
Fil
tre
à c
ha
rbo
n
ac
tif
Ab
so
rba
nt
à
ch
arb
on
ac
tif
Fil
tre
sté
rile
*) Il est possible de se passer du séparateur centrifuge sous certaines conditions.Les classes de qualité sont expliquées à la page 77
68
Traitement de l’air comprimé
Les impuretés et l’eau contenues dans l’air atmosphérique quirestent dans l’air comprimé peuvent avoir des conséquencesnéfastes. Ceci concerne aussi bien le réseau de conduites queles outillages. Les produits peuvent également souffrir de lamauvaise qualité de l’air. Dans de nombreux domainesd’applications, l’emploi d’air comprimé mal traité peut s’avérerdangereux, voire nocif pour l’organisme.
Particules solides contenues dans l’air comprimé
– Usure des systèmes pneumatiquesLa poussière et autres particules provoquent de l’usure.Cette action est renforcée lorsque les particules formentune pâte abrasive en combinaison avec l’huile ou la graisse.
– Particules nocives pour l’organisme
– Particules agressives sur le plan chimique
Huile contenue dans l’air comprimé
– Huiles usagées dans les systèmes pneumatiquesLes huiles goudronneuses peuvent provoquer une réductiondes diamètres et obstruer les conduites. Il en résulte uneperte de charge plus élevée.
– Air comprimé sans huileDans les systèmes de convoyage pneumatiques, l’huile peutcoller au produit à convoyer et provoquer des bouchons.Dans l’industrie des produits alimentaires et des denréesde luxe, ainsi que dans l’industrie pharmaceutique, l’aircomprimé doit rester sec pour des raisons hygiéniques.
Eau contenue dans l’air comprimé
– Corrosion dans les systèmes pneumatiquesDe la rouille se forme dans les conduites et les élémentsfonctionnels et provoque des fuites.
– Interruption du film de lubrifiantUne interruption du film lubrifiant provoque des dommagessur le plan mécanique.
– Formation de réactions électriquesDes réactions électriques peuvent se produire lorsquedifférents métaux entrent en contact avec l’eau.
– Formation de glace dans le réseau d’air compriméA basse température, il peut arriver que l’eau gèle dans leréseau d’air comprimé, provoquant des dégâts, desréductions de diamètres et des blocages.
5.1.3 Conséquences d’un mauvais
traitement de l’air comprimé
69
Traitement de l’air comprimé
5.1.3 Impuretés contenues dans l’air L’air atmosphérique qui nous entoure contient des particulesd’impureté invisibles à l’oeil nu. Ce chapitre fournit un aperçugénéral sur leur type, leur taille et leur concentration.
Concentration des particules Valeur limite Valeur moyenne
dans l’air atmosphérique [mg/m³] [mg/m³]
A la campagne 5 - 50 15
En ville 10 - 100 30
Zone industrielle 20 - 500 100
Grands sites industriels 50 - 900 200
Diamètre des particules [µm]
70
Traitement de l’air comprimé
5.2.1 Humidité de l’air
Hu
mid
ité
ma
x.
hm
ax
[g/m
³]
Point de rosée [°C]
5.2 Eau contenue dans l’air
comprimé
Figure 5.2 :Humidité maximale en fonctiondu point de rosée
L’air atmosphérique renferme une certaine quantité de vapeur.Sa teneur, c’est-à-dire l’humidité de l’air, varie en fonction dutemps et du site. A une certaine température, un certain volumed’air ne peut contenir qu’une quantité maximale de vapeur d’eau.Toutefois, l’air atmosphérique ne renferme généralement pas laquantité maximale de vapeur d’eau.
Humidité maximale hmax
[g/m³]
L’humidité maximale hmax
(volume de saturation) représente laquantité maximale de vapeur d’eau contenue dans 1 m³ d’air àune certaine température. L’humidité maximale dépend de latempérature.
Humidité absolue h [g/m³]
L’humidité absolue h représente la quantité de vapeur d’eauréellement contenue dans 1m³ d’air.
Humidité relative ϕϕϕϕϕ [%]
L’humidité relative de l’air ϕϕϕϕϕ représente le rapport entre l’humiditéabsolue et l’humidité maximale.
hϕϕϕϕϕ = ——— x 100 %
hmax
ϕ = humidité relative [%]h = humidité absolue [g /m³]h
max= humidité maximale [g /m³]
Du fait que l’humidité maximale hmax
dépend de la température,l’humidité change en fonction de la température, même lorsquel’humidité absolue reste constante. L’humidité relative passe à100% dans le cas d’un refroidissement jusqu’au point de rosée.
71
Traitement de l’air comprimé
Point de rosée atmosphérique [°C]
Le point de rosée atmosphérique est la température à laquellel’air atmosphérique (1 bar
abs) peut être refroidi sans qu’il y ait
formation d’eau.
Le point de rosée atmosphérique représente une importancemineure dans le système d’air comprimé.
Point de rosée sous pression [°C]
Le point de rosée sous pression est la température à laquellel’air comprimé peut être refroidi sans qu’il y ait formation decondensat. Le point de rosée sous pression dépend de lapression de compression finale et baisse quand la pressiondiminue.
5.2.2 Points de rosée
5.2.3 Teneur en eau de l’air Le tableau suivant indique l’humidité maximale de l’air pour unpoint de rosée déterminé :
+100° 588,208
+99° 569,071
+98° 550,375
+97° 532,125
+96° 514,401
+95° 497,209
+94° 480,394
+93° 464,119
+92° 448,308
+91° 432,885
+90° 417,935
+89° 403,380
+88° 389,225
+87° 375,471
+86° 362,124
+85° 340,186
+84° 336,660
+83° 324,469
+82° 311,616
+81° 301,186
+80° 290,017
+79° 279,278
+78° 268,806
+77° 258,827
+76° 248,840
+75° 239,351
+74° 230,142
+73° 221,212
+72° 212,648
+71° 204,286
+70° 196,213
+69° 188,429
+68° 180,855
+67° 173,575
+66° 166,507
+65° 159,654
+64° 153,103
+63° 146,771
+62° 140,659
+61° 134,684
+60° 129,020
+59° 123,495
+58° 118,199
+57° 113,130
+56° 108,200
+55° 103,453
+54° 98,883
+53° 94,483
+52° 90,247
+51° 86,173
+50° 82,257
+49° 78,491
+48° 74,871
+47° 71,395
+46° 68,056
+45° 64,848
+44° 61,772
+43° 58,820
+42° 55,989
+41° 53,274
+40° 50,672
+39° 48,181
+38° 45,593
+37° 43,508
+36° 41,322
+35° 39,286
+34° 37,229
+33° 35,317
+32° 33,490
+31° 31,744
+30° 30,078
+29° 28,488
+28° 26,970
+27° 25,524
+26° 24,143
+25° 22,830
+24° 21,578
+23° 20,386
+22° 19,252
+21° 18,191
+20° 17,148
+19° 16,172
+18° 15,246
+17° 14,367
+16° 13,531
+15° 12,739
+14° 11,987
+13° 11,276
+12° 10,600
+11° 9,961
+10° 9,356
+9° 8,784
+8° 8,234
+7° 7,732
+6° 7,246
+5° 6,790
+4° 6,359
+3° 5,953
+2° 5,570
+1° 5,209
0° 4,868
-1° 4,487
-2° 4,135
-3° 3,889
-4° 3,513
-5° 3,238
-6° 2,984
-7° 2,751
-8° 2,537
-9° 2,339
-10° 2,156
-11° 1,960
-12° 1,800
-13° 1,650
-14° 1,510
-15° 1,380
-16° 1,270
-17° 1,150
-18° 1,050
-19° 0,960
-20° 0,880
-21° 0,800
-22° 0,730
-23° 0,660
-24° 0,600
-25° 0,550
-26° 0,510
-27° 0,460
-28° 0,410
-29° 0,370
-30° 0,330
-31° 0,301
-32° 0,271
-33° 0,244
-34° 0,220
-35° 0,198
-36° 0,178
-37° 0,160
-38° 0,144
-39° 0,130
-40° 0,117
-41° 0,104
-42° 0,093
-43° 0,083
-44° 0,075
-45° 0,067
-46° 0,060
-47° 0,054
-48° 0,048
-49° 0,043
-50° 0,038
-51° 0,034
-52° 0,030
-53° 0,027
-54° 0,024
-55° 0,021
-56° 0,019
-57° 0,017
-58° 0,015
-59° 0,013
-60° 0,110
-65° 0,00640
-70° 0,00330
-75° 0,00130
-80° 0,00060
-85° 0,00025
-90° 0,00010
Pt. de Humid.
rosée maxima
[°C] [g/m³]
Pt. de Humid.
rosée maxima
[°C] [g/m³]
Pt. de Humid.
rosée maxima
[°C] [g/m³]
Pt. de Humid.
rosée maxima
[°C] [g/m³]
Pt. de Humid.
rosée maxima
[°C] [g/m³]
Pt. de Humid.
rosée maxima
[°C] [g/m³]
Pt. de Humid.
rosée maxima
[°C] [g/m³]
72
Traitement de l’air comprimé
L’air contient toujours de l’eau sous forme de vapeur. L’air pouvantêtre comprimé, contrairement à l’eau, le liquide qui se formelors de la compression est le condensat. L’humidité maximalede l’air dépend de la température et du volume et non pas de laquantité.
On peut se représenter l’air atmosphérique sous la forme d’uneéponge. Elle peut absorber une certaine quantité d’eau au repos.Si on la presse, une partie de l’eau s’écoule, mais ll reste del’eau dans l’éponge, même si l’on exerce une pression trèsforte. L’air comprimé se comporte de manière analogue.
L’exemple suivant illustre la quantité de condensat mc attendue
lorsque l’air est comprimé. L’exemple considère une lourdejournée d’été, pour une température de 35°C et une humiditéde l’air de 80 % .
V1 x h
max 1 x j
1V
2 x h
max 1 x j
2m
c= —————— - ————————
100 100
6,5 x 39,286 x 80 0,59 x 39,286 x 100m
c= ————–———– - ————–————–
100 100
m³ x g /m³ x % m³ x g /m³ x %m
c= ———————– - ————————–
% %
mc
= 181,108 g
mc
= formation de condensat [g]
V1
= volume pour 0 bars
[m³]
V2
= volume pour 10 bars
[m³]
hmax 1
= humidité maximale à 35°C [g/m³]
j1
= humidité relative de V1
[%]
j2
= humidité relative de V2
[%]
Du fait que l’on obtient uniquement de l’eau à partir de l’aircomprimé, et que cette eau ne peut pas être stockée, l’humiditérelative de l’air j de l’air comprimé s’élève à 100%.
Pour une compression de 6,5 m³ d’air à 10 bar de
surpression, on obtient 181,108 g d’eau sous forme de
condensat à température constante.
5.2.4 Quantité de condensat
lors de la compression
V1
= 6,5 m³ V2
= 0,59 m³
p1
= 0 bars = 1 bar
absp
2= 10 bar
s= 11 bar
abs
T = 35° C T = 35° C
ϕ1 = 80 % ϕ2 = 100 %
hmax
= 39,286 g/ m³
mc
Figure 5.4 :Formation de condensat lors de la compression
Figure 5.3 :Une éponge humide est pressée
73
Traitement de l’air comprimé
5.2.5 Exemple de calcul de la quantité
de condensat
Un exemple montre la quantité de condensat mc qui se produit
réellement lors de la compression de l’air. Le condensat apparaîtà des moments différents et à plusieurs endroits de la stationde compresseurs.
Nous allons calculer la quantité de condensat qui se formedans un compresseur à vis délivrant un débit D = 2720 m³/h àune pression de compression finale de p
s= 10,5 bar. Un réservoir
d’air comprimé et un sécheur d’air comprimé par réfrigérationéquipent le compresseur.
Dans ces conditions, l’air atmosphérique renferme une certainequantité d’eau :
me
= D1 x h
max 1 x ϕϕϕϕϕ
1/100
g/h = m³/h x g/m³ x %/%
me
= 2720 x 35,317 x 80/100
me
= 76849,79 g/h =̂ 76,85 l/h
Lors de la compression elle-même, la température excèdecelle du point de rosée sous pression de l’air comprimé. Il n’y adonc pas formation d’humidité. Dans le radiateur auxiliaire ducompresseur, l’air comprimé est refroidi à T
2= 40°C. On assiste
à la formation de condensat, qui est entraîné dans le réservoird’air comprimé. Le débit s’y calme et les gouttelettes d’eau sedéposent. Un grand volume de condensat s’y amasse :
mc1
= me – ( D
2x h
max 2 x ϕϕϕϕϕ
2/100 )
mc1
= 76849,79 – ( 236,5 x 50,672 x 100/100 )
mc1
= 64865,86 g/h =̂ 64,87 l/h
Finalement, l’air comprimé contenu dans le sécheur d’air
comprimé par réfrigération est refroidi à une températurecorrespondant à un point de rosée sous pression de 3°C. Lecondensat se forme dans le sécheur et est évacué.
mc2
= ( D2 x h
max 2 ) – ( D
2 x h
max 3 )
mc2
= ( 236,5 x 50,672 ) – ( 236,5 x 5,953 )
mc2
= 10576,04 g/h =̂ 10,58 l/h
Air atmosphérique
p1
= 1 barabs
T1
= 3 3 ° C
ϕ1
= 80 %
hmax 1
= 35,317 g / m ³
mc2
mc1
D1
= 2720 m³/h
Figure 5.5 :Formation de condensat lors de la compressionavec sécheur
Compresseur
p2
= 11,5 barabs
T2
= 40° C
ϕ2
= 100 %
hmax 2
= 50,672 g/m³
Sécheur d’air comprimé
réfrigération
p3
= 11,5 barabs
T3
= 3° C
ϕ3
= 100 %
hmax 3
= 5,953 g/m³
D1D
2= –––––– = 236,5 Bm³/h
P2
D = 236,5 m³/h
D2 = 236,5 Bm³/h
74
Traitement de l’air comprimé
L’addition des différents courants de condensat nous donne laquantité de condensat dont le dispositif de traitement devravenir à bout.
Quantité de condensat mc
= mc1
+ mc2
Quantité de condensat mc
= 75441,9 g/h
= 75,4 l/h
Dans le cas d’un travail en 3 x 8 et d’une utilisation à 100 %, lecompresseur fonctionne 24 heures par jour. Si les conditionsde base restent inchangées, on obtient le résultat suivant :
Quantité de condensat mcJ
= 1810605,6 g/J
= 1810,6 l/J
D’où la quantité de condensat suivante par an :
Quantité de condensat mcA
= 659060438 g/A
= 659060 l/A
La qualité de l’air comprimé doit rester identique, même si lesconditions de l’environnement changent. C’est-à-dire quele point de rosée sous pression de l’air comprimé lors d’unelourde journée d’été à une température de 40°C et une humiditéde l’air de 90 % doit être de 3°C.
Débit D1
= 2720 m³/h
Pression d’aspiration p1
= 1 barabs
Temp. d’aspiration T1
= 40°C
Humidité relative ϕ1
= 90 %
Point de rosée souspression T
3= 2°C
Dans ces conditions, on obtient une quantité de condensatbeaucoup plus importante pour une qualité d’air comprimé égale.
Quantité de condensat mc
= 122,6 l/h
Dans le cas d’un travail en 3 x 8 et d’une utilisation à 100 %, lecompresseur fonctionne 24 heures par jour. Si les conditionsde base restent inchangées, on obtient le résultat suivant :
Quantité de condensat mcJ
= 2943,3 l/J
D’où la quantité de condensat suivante par an :
Quantité de condensat mcA
= 1071358 l/A
5.2.6 Quantité de condensat qui se for-
me lors d’une lourde journée d’été
Figure 5.6 :Une quantité de condensat égale à 8 seauxde 10 l se forme en une heure.
75
Traitement de l’air comprimé
Le point de rosée sous pression est la température à laquellel’air comprimé peut être refroidi sans qu’il y ait formation decondensat. Le point de rosée sous pression dépend de lapression de compression finale. Il baisse en même temps quela pression.
Le diagramme suivant est utilisé pour définir le point de roséesous pression de l’air comprimé à l’issue de la compression :
5.2.7 Définition du point de rosée sous
pression
Exemple 1
Air aspiré
– humidité relative ϕ = 70 %
– température d’aspiration T = 35°C
Air comprimé
– pression finale de compression ps= 8 bar
⇒⇒⇒⇒⇒ Le point de rosée sous pression s’élève à
73°C environ
Exemple 2
Air aspiré
– humidité relative ϕ = 80 %
– température d’aspiration T = 35°C
Air comprimé
– pression finale de compression ps= 10 bar
⇒⇒⇒⇒⇒ Le point de rosée sous pression s’élève à
82°C environ
Humidité relative ϕ [%] Point de rosée souspression [°C]
Pre
ssio
n fin
ale
de
com
pres
sion
Exemple 2
Exemple 1
Te
mp
ér a
t ur e
d’as
pira
tion
76
Traitement de l’air comprimé
5.2.8 Point de rosée sous pression après
détente
Le point de rosée sous pression baisse lorsque l’air compriméest détendu. Le diagramme suivant est utilisé pour définir lenouveau point de rosée sous pression et le point de roséeatmosphérique après la détente :
Exemple 1
Air comprimé
– ps= 35 bar de pression d’air
– point de rosée sous pression de 10°C
Air comprimé détendu
– ps= 4 bar de pression d’air
⇒⇒⇒⇒⇒ Le nouveau point de rosée sous pression est
de -23°C environ
Exemple 2
Air comprimé
– ps= 7 bar de pression d’air
– Point de rosée sous pression de 20°C
Air comprimé détendu
– air comprimé atmosphérique ps= 0 bar
⇒⇒⇒⇒⇒ Le point de rosée atmosphérique est de -
8°C environ
Po
int d
e r
os
ée
so
us
pre
ss
ion
[°C
]
Point de rosée atmosphérique [°C]
humidité max. [g/m³]
surp
ress
ion p
s [b
ar]
Exemple 1
Exemple 2
77
Traitement de l’air comprimé
Les classes de qualité de l’air comprimé selon DIN ISO 8573-1aident l’utilisateur à définir ses exigences et à choisir lescomposants nécessaires au traitement de l’air. La norme sebase sur les spécifications des constructeurs fournissant desvaleurs définies relatives à la pureté de l’air pour leurs dispositifset machines.
La norme DIN ISO 8573-1 définit les classes de qualité de l’aircomprimé quant à :
la teneur en huile
Définition de la quantité résiduelle en aérosols et hydrocarburescontenus dans l’air comprimé.
la taille et la densité des particules
Définition de la taille et de la concentration des particules soli-des qui restent dans l’air comprimé.
le point de rosée sous pression
Définition de la température à laquelle l’air comprimé est refroidisans que la vapeur d’eau qu’il contient ne condense. Le pointde rosée sous pression change en fonction de la pression d’air.
5.3.1 Classes de qualité selon la
norme DIN ISO 8573-1
Classe Teneur en huile
max.
Eau résiduelle max
Eau résiduelle Pt. rosée s. pr.
[mg/m³] [µm] [mg/m³] [g/m³] [°C]
1 0,01 0,1 0,1 0,003 -70
2 0,1 1 1 0,117 -40
3 1 5 5 0,88 -20
4 5 15 8 5,953 +3
5 25 40 10 7,732 +7
6 — — — 9,356 +10
Poussière résiduelle max.
Taille particules Densité particules
5.3 Qualité de l’air comprimé
78
Traitement de l’air comprimé
5.4 Méthodes de séchage Le tableau ci-dessous présente les méthodes de séchage del’air comprimé en fonction de leur principe de fonctionnement.Une différence est toujours faite entre la condensation, la sorptionet la diffusion.
La condensation est la séparation de l’eau lors du passageen dessous du point de rosée.
La sorption est le séchage par extraction de l’humidité.
La diffusion est le séchage par transfert de molécules.
Méthodes de séchage de l’air comprimé
Condensation
Séchage par réfrigération
Surcompression
Absorption
Déshydratants solides
Déshydratants solubles
Déshydratants liquides
Régénération sans chaleur
Régénération à chaud int.
Régénération à chaud ext
Régénération par le vide
Sorption
Adsorption
Diffusion Séchage à diaphragme
79
Traitement de l’air comprimé
5.4.1 Conditions d’exploitation Le débit d’un sécheur se rapporte au taux d’aspiration de l’airdurant la compression, réalisée par un compresseur, conformeaux spécifications PN2 CPTC2, ISO 1217 (DIN 1945, partie 1).
– Pression d’aspiration p = 0 bars
=̂ 1 barabs
– Température d’aspiration T0
= 293 K =̂ 20° C
Les sécheurs sont conçus pour évoluer dans des conditions defonctionnement précises, indiquées dans la normeDIN ISO 7183. Les caractéristiques de puissance indiquéespour les sécheurs ne peuvent être appliquées que lorsque lesconditions suivantes sont remplies :
– pression de fonctionnement p = 7 bars
=̂ 8 barabs
– température ambiante tA
= 298 K =̂ 25° C
– température d’entrée tEn
= 308 K =̂ 35° C
Il faut tenir compte des facteurs de conversion correspondantssi un sécheur doit être utilisé dans des conditions différentes.Ces facteurs diffèrent selon les méthodes de séchage.
Exemple de conception d’un sécheur d’air comprimé par
réfrigération
Facteur de conversion de la pression de service et de latempérature ambiante :
Un sécheur d’air comprimé par réfrigération BOGE, modèle D8,présente un débit D de 45 m³/h. Il doit fonctionner à unetempérature ambiante moyenne de t
A = 40° C et une pression
de service de p = 10 bar.
Pression de service p [bar] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 16
Facteur f 0,62 0,72 0,81 0,89 0,94 1 1,04 1,06 1,09 1,1 1,12 1,15 1,17
Température ambiante tA
[°C] 25 30 35 40 43
Facteur t 1,00 0,92 0,85 0,79 0,75
D = 45 m³/h
p = 10 bar ⇒ f = 1,09
tA
= 40° C ⇒ t = 0,79
DA
= Débit adapté [m³/h]
D = Débit [m³/h]
f = Facteur de conversion pour p =10 bars
t = Facteur de conversion pour tA
= 40°C
Le sécheur d’air comprimé par réfrigération présente un débitde 38,75 m³/h lorsque les conditions de service sont modifiées.
DA
= D ××××× f ××××× t
DA
= 45 m³/h ××××× 1,09 ××××× 0,79
DA
= 38,75 m³/h
80
Traitement de l’air comprimé
5.4.2 Condensation par
surpression
Lors de la surpression, l’air est comprimé bien au-delà de lapression nécessaire, puis il est refroidi et détendu à la pressionde service.
Principe de fonctionnement
La quantité d’eau stockée par l’air diminue en raison del’augmentation de la pression et de la réduction du volume quien résulte. Une grande quantité de condensat se forme lorsquela précompression est effectuée à une pression plus élevée.Ce condensat est évacué. L’humidité absolue de l’air diminue.Lorsque l’air comprimé est détendu, l’humidité relative et le pointde rosée sous pression baissent.
Exemple :
L’air est précomprimé à 36 bar. Le point de rosée sous pressionest de 10°C. On assiste à une formation de condensat. Lorsquel’air comprimé est détendu à 4 bar, le nouveau point de roséesous pression s’élève à -23°C env. (voir le chapitre 5.2.8,
exemple 1 ).
Caractéristiques
– Processus simple autorisant un débit continu
– Systèmes de refroidissement et de séchage inutiles
– Economique uniquement pour les petits débits
– Consommation d’énergie très élevée
mc
p = 1 bar p = 36 bar p = 4 bar
Figure 5.7 :Surpression et détente subséquente
Pt. de roséesous pres.
[°C]
-70°C env.
Volumedébité[m³/h]
selon lecompresseur
Températured’entrée
[°C]
–
Pression deservice[bar
s]
Selon lecompresseur
81
Traitement de l’air comprimé
5.4.3 Condensation par
séchage par réfrigération
P. de roséesous pres.
[ ° C ]
jusque +2°C
Débit
[ m³/h ]
11 à 35000
Températured’entrée
[ ° C ]
jusque+60°C
Pres. deservice[ bar ]
jusqu’à 210
Lorsque la température baisse, l’air perd sa faculté detransporter l’eau. L’air comprimé peut être refroidi dans unsécheur d’air par réfrigération afin de réduire la teneur enhumidité.
Lors du séchage par réfrigération, l’air comprimé est refroididans un échangeur de chaleur au moyen d’un refrigérant. Lavapeur d’eau contenue dans l’air comprimé est évacuée sousforme de condensat. La quantité de condensat augmente plusla différence entre la température d’entrée et de sortie de l’aircomprimé est élevée.
Principe de fonctionnement
Le séchage par réfrigération se déroule en deux étapes pouraméliorer l’efficacité du réfrigérant et l’utiliser de manière opti-male.
1ère étape
L’air comprimé déjà refroidi par le sécheur par réfrigérationrefroidit le nouveau courant d’air dans un échangeur de chaleurair/air. 70% de la vapeur d’eau contenue dans l’air comprimé setransforme en condensat.
2è étape
L’air comprimé passe dans un échangeur de chaleur réfrigérant/air, où il est refroidit à une température approchant le point decongélation. Le condensat qui se forme est évacué avant leréchauffement lors de la première étape de réfrigération .
Caractéristiques
– Rendement élevéLe séchage par réfrigération est le procédé le pluséconomique dans près de 90% de tous les casd’applications.
– Séparation des impuretésPrès de 100% de toutes les particules solides et desgouttelettes d’eau dont la taille est supérieure à 3 µm sontséparées.
– Perte de pression moindre dans le sécheurLa chute de pression ∆∆∆∆∆p due au sécheur est de 0,2 barenviron.
Air comprimé sec
Air compr. humide 3
2
1
4
46
5
Figure 5.8 :Schéma fonctionnel d’un sécheur d’air comprimépar réfrigération
1 = Echangeur de chaleur air/air2 = Echangeur de chaleur air/réfrigérant3 = Echangeur de chaleur régrigérant/air4 = Evacuateur de condensat5 = Compresseur frigorifique6 = Vaporisateur
82
Traitement de l’air comprimé
Le principe du sécheur à diaphragme repose sur le fait quel’eau pénètre dans une fibre creuse dotée d’un revêtementspécial 20 000 fois plus rapidement que l’air.
Le sécheur à diaphragme se compose de plusieurs milliers defibres creuses, constituées d’un matériau en plastique soliderésistant à la température et à la pression. Leur surface interneest recouverte d’une deuxième couche plastique ultra fine(inférieure à une longueur d’onde lumineuse). Les fibres creuses(membranes) sont disposées dans un tube, l’extrémité du canalintérieur des fibres est ouverte.
Principe de fonctionnement
L’air comprimé humide passe à l’intérieur des fibres creuses(courant interne). Lors de cette opération, la vapeur d’eaucontenue dans l’air comprimé est évacuée à l’extérieur au tra-vers du manteau des fibres creuses. Un gradient deconcentration de la vapeur d’eau entre l’intérieur et l’extérieurdes fibres creuses est nécessaire.
Une certaine quantité d’air de rinçage est soutirée du volumeprincipal sec du compresseur, puis détendue. L’humidité maxi-male de l’air dépendant du volume, l’humidité relative de l’airdiminue. L’air de rinçage devient très sec. Le courant d’air derinçage sec enrobe les fibres creuses et assure le gradient deconcentration d’humidité suffisant. Le courant d’air de rinçagepeut être évacué à l’air libre sans être filtré.
Caractéristiques
– Réduction de la pollution de l’air due aux impuretésUn filtre capable de séparer les particules atteignant 0,01 µmdoit toujours être monté en amont du sécheur à diaphragme.S’il est installé directement en aval du compresseur, unséparateur centrifuge doit le précéder.
– Perte de pression moindre dans le sécheurLa chute de pression Dp due au sécheur est de 0,2 barmax.
– Construction compacteLe sécheur peut être intégré dans un réseau deconduites.
– Absence de maintenanceLe sécheur ne contient pas de pièces mobiles.
– Pas de formation de condensat lors du séchage
– Aucuns frais supplémentaires en matière d’énergie
– Fonctionnement silencieux
– Sans CFC
– Absence de pièces mobiles
– Sans moteur
5.4.4 Diffusion par séchage à
diaphragme
Pt. roséesous pr.[ ° C ]
0 à -20 °C
Débit[ m³/h ]
11 à 130
Températured’entrée
[ ° C ]
2° à 60° C
Pression deservice[ bar ]
5 à 12,5
Air humide
Air sec
Air derinçagehumide
Courantinterne
Air derinçage sec
Figure 5.9 :Schéma de principe d’un sécheur à diaphragme
Eau
83
Traitement de l’air comprimé
5.4.5 Sorption par absorption Lors du séchage par absorption, la vapeur d’eau est évacuéepar le biais d’une réaction chimique provoquée par un agent deséchage hygroscopique. Les propriétés d’absorption de l’agentde séchage diminuent avec le temps, il est donc nécessaire dele renouveler régulièrement.
On distingue trois types d’agents de séchage. Les agents deséchage solubles se liquéfient au fur et à mesure de l’absorption.Les agents solides et liquides réagissent sans modifier leurétat physique en présence de vapeur d’eau.
Principe de fonctionnement
Lors de l’absorption, l’air comprimé traverse une couche dedéshydratant de bas en haut. Il transmet une partie de sa vapeurd’eau au déshydratant. Un système de drainage évacue lecondensat dans un réservoir. Le point de rosée sous pressionest abaissé de 8 à 12 %.
Exemple
De l’air comprimé pénètre à une température de +30°C dans unsécheur fonctionnant avec du chlorure de calcium. On obtientdans ce cas un point de rosée sous pression oscillant entre 18et 22 °C.
Caractéristiques
– Faible température d’entréeDes températures élevées amollissent le déshydratant et lecollent.
– Action très corrosive du déshydratantL’air comprimé séché peut emporter du déshydratant dansle réseau d’air comprimé et y provoquer d’importants dégâts.
– Pas d’apport d’énergie auxiliaire
De par ses propriétés, le séchage par absorption occupeseulement une position marginale dans les techniques de l’aircomprimé, comme par exemple dans le traitement de l’airdestiné aux laboratoires.
P. de roséesous pr.
[ ° C ]
selon latempérature
d’entrée
Débit[ m³/h ]
–
Températured’entrée
[ ° C ]
jusque 30 °C
Pression deservice[ bar ]
–
Déshydratant
Solide Soluble Liquide
Craie déshydratée Chlorure de lithium Acide sulfurique
Sel de magnésium Chlorure de calcium Acide phosphoriquehyperacidifié
Glycérine
Triéthylène glycole
Figure 5.10 :Sécheur par absorption à déshydratant solide
1 = Filtre2 = Déshydratant solide3 = Couvercle4 = Purge du condensat
1
1
2
34
84
Traitement de l’air comprimé
5.4.6 Sorption par adsorption Le séchage par adsorption de l’air comprimé est une opérationpurement physique. L’humidité est liée au déshydratant par lesforces d’adhésion (attraction moléculaire non équilibrée). Lavapeur d’eau se dépose sur la surface intérieure et extérieuredu produit d’adsorption, il se produit pas de liaison chimique.
L’agent d’adsorption présente une structure poreuse ouverte etune grande surface intérieure. Les agents d’adsorption les pluscourants sont l’oxyde d’aluminium, le gel de silicate, le charbonactif et les filtres moléculaires. Divers agents d’adsorption sontutilisés pour les différents processus de régénération.
Principe de fonctionnement
L’air comprimé humide passe dans le réservoir contenant l’agentd’adsorption durant le processus de séchage. La vapeur d’eauest liée et l’air comprimé est ainsi séché. Ce processus génèrede la chaleur. Le produit d’adsorption doit être régénéré lorsqueles forces d’adhésion sont compensées par les dépôts d’eau.C’est-à-dire que l’eau doit être extraite de l’agent d’adsorption.Pour cette raison, il faut que deux réservoirs de séchage montésen parallèle fonctionnent en continu. Le réservoir actif A sèchel’air comprimé alors que le réservoir inactif B réalise larégénération sans pression.
Les processus suivants sont principalement utilisés pourrégénérer le produit d’adsorption :
– régénération sans chaleur
– régénération à chaud interne
– régénération à chaud externe
– régénération par le vide
Agent d’adsorption Caractéristiques de l’agent d’adsorption *)
Pt. de rosée sous Température Température Surface
pres. réalisable d’entrée de régénération
[ ° C ] [ ° C ] [ ° C ] [ m²/g ]
Gel de silicate (SiO2), brut - 50 + 50 120 à 180 500 à 800
Gel de silicate (SiO2), sphérique -50 + 50 120 à 180 200 à 300
Oxyde d’aluminium - 60 + 40 175 à 315 230 à 380activé (Al
2O
3)
Filtres moléculaires - 90 + 140 200 à 350 750 à 800(Na, AlO
2, SiO
2)
*) Les propriétés de l’agent d’adsorption changent en fonction de la pression et de la température du gaz à sécher
A B
85
Traitement de l’air comprimé
Dans le cas de la régénération sans chaleur, les périodes deséchage et de régénération sont de 5 min. environ. C’est laraison pour laquelle l’humidité se dépose uniquement sur lasurface extérieure du déshydratant.
Les sécheurs à régénération sans chaleur fonctionnent selonle principe d’alternance de pression. La désorption (régénération)intervient sans apport de chaleur supplémentaire. Une partiedu volume débité séché est dérivée. Ce courant partiel estdétendu à une pression à peine supérieure à 1 bar et restedonc particulièrement sec. Cet air sec passe dans le réservoirde séchage à régénérer B. L’humidité contenue dans ledéshydratant est récupérée au cours de cette opération, puisévacuée à l’extérieur via une soupape d’échappement.
Caractéristiques
– Exploitation économique sur les petits systèmes
générant de faibles débits.
– Conception simple du sécheur
– Possibilité d’utilisation à hautes températures ambiantes
– Faible volume de déshydratantTemps de séchage et de régénération de 5 min. environ
– Frais d’exploitation élevésL’air de régénération est extrait du système d’air compriméet ne peut pas être réutilisé.
– Régénération sans apport d’énergie auxiliaire
– Le pourcentage d’air de régénération par rapport au débit ducompresseur baisse lorsque la pression de compressionfinale est plus élevée.
Ces valeurs sont fixées sur le plan physique et il n’est paspossible de passer en dessous. Elles résultent de lacorrélation entre l’humidité de l’air et la détente de l’aircomprimé.
– Préfiltrage de l’air d’entréeUn préfiltre libère dans une large mesure l’air comprimé desparticules d’huile, des gouttes d’eau et des d’impuretés.
– Filtrage auxiliaire de l’air comprimé secLe déshydratant emporté hors du réservoir de séchage doitêtre filtré de l’air comprimé.
Figure 5.11 :Adsorbant au bout de 5 min. de séchage
P. de roséesous pres.
[ ° C ]
jusque-70°C
Débit
[ m³/h ]
4 - 5600
Températured’entrée[ ° C ]
jusque+ 60°C
Pression deservice[ bar
s]
4 - 16
5.4.6.1 Régénération sans chaleur
Figure 5.12 :Schéma fonctionnel d’un sécheur à adsorption àrégénération sans chaleur
1 = Soupapes de régulation et dedistribution
2 = Soupape anti-retour3 = Cache perforé4 = Soupape d’échappement5 = Préfiltre6 = Filtre auxiliaire
Air sec
Air humide
Air derégénération
A
4 1
2 3 2
B
5
6
Pression finale Pourcentage d’air de régération [%]
de compres. P. de rosée s. p. P. de rosée s. p.
[ barabs
] -25° à -40°C -40° à -100°C
5 25,83 27,14
7 17,22 18,1
10 11,49 12,07
15 7,39 7,77
20 5,46 5,47
86
Traitement de l’air comprimé
Lors de la régénération à chaud, les périodes de séchage et derégénération durent environ 6 à 8 heures. Pendant la longuepériode de séchage, l’humidité se dépose sur les parois inter-nes et externes de l’adsorbant. Pour inverser ce processus, ilsuffit d’importer de la chaleur de l’extérieur. Dès que latempérature de régénération de l’adsorbant est dépassée, grâceà l’apport de chaleur, l’énergie qui se crée en surface permetde surmonter les forces d’adhésion et l’eau s’évapore. L’humiditéest évacuée grâce à un faible courant d’air de régénération.
La température de régénération dépend du point de rosée souspression de l’air de régénération. Plus elle est basse, plus latempérature de régénération du sécheur le sera également.
Dans le cas de la régénération interne, la chaleur est transfé-rée directement sur l’adsorbant grâce à un système de chauf-fage installé dans le réservoir de chauffage. Elle se déroule endeux temps :
1er temps
Le réservoir de séchage B est lentement chauffé, grâce ausystème de chauffage interne, à la température de régénérationnécessaire. L’humidité se détache de l’adsorbant dès que latempérature de régénération est dépassée. Sous l’effet d’unelégère surpression, 2 à 3% environ du courant d’air comprimésec sortent du compresseur pour passer dans le réservoir deséchage B via une conduite de dérivation. Ce courant d’air derégénération absorbe la vapeur d’eau et la transporte à l’airlibre via une soupape d’échappement.
2è temps
Dans le temps de refroidissement, la température de servicebaisse pour atteindre celle du lit de séchage. Une deuxièmeconduite de dérivation s’ouvre à cet effet. 5% environ du débitdu compresseur traversent alors le réservoir de séchage B. Acet instant, le chauffage interne n’est plus opérationnel.
Caractéristiques
– Economique dans le cas de débits importants
– Conception simple du sécheur
– Une quantité réduite d’air comprimé sec est nécessairepour régénérer le sécheur.
– Préfiltrage de l’air d’entréeUn préfiltre libère dans une large mesure l’air comprimé desparticules d’huile, des gouttes d’eau et des impuretés.
– Filtrage auxiliaire de l’air comprimé secLe déshydratant emporté hors du réservoir de séchage doitêtre filtré de l’air comprimé.
P. de roséesous pres.
[ ° C ]
jusque-40°C
Débit
[ m³/h ]
200 à 5600
Températured’entrée[ ° C ]
jusque+ 50°C
Pression deservice[ bar ]
2 à 16
Figure 5.13 :Adsorbant consécutif à un séchage de6 à 8 heures
1 = Soupape de régulation et de distribution2 = Soupape anti-retour3 = Dérivation avec cache perforé 1er temps
4 = Dérivation avec cache perforé 2è temps
5 = Chauffage6 = Soupape d’arrêt7 = Soupape d’échappement8 = Préfiltre9 = Filtre auxiliaire
Figure 5.14 :Schéma fonctionnel du sécheur par adsorption àrégénération à chaud interne
Air comprimé sec
BA
Air derégénération
Air humide
1
6
7
5
2
3
4
5.4.6.2 Régénération à chaud interne
8
9
87
Traitement de l’air comprimé
Lors de la régénération à chaud, les périodes de séchage et derégénération oscillent entre 6 et 8 heures. Pendant la longuepériode de séchage, l’humidité se dépose sur les parois inter-nes et externes de l’adsorbant. Pour inverser ce processus, ilfaut amener de la chaleur de l’extérieur. Dès que la températurede régénération de l’adsorbant est dépassée, grâce à l’apportde chaleur, l’énergie qui se crée en surface permet de surmonterles forces d’adhésion et l’eau s’évapore. L’humidité est évacuéegrâce à un faible courant d’air de régénération.
La température de régénération dépend du point de rosée souspression de l’air de régénération. Plus elle est basse, plus latempérature de régénération du sécheur le sera également.
La régénération externe, au cours de laquelle l’air ambiant estaspiré par un ventilateur et chauffé dans un registre de tirage,se déroule en trois temps :
1er temps
Le réservoir de séchage B est chauffé lentement par un courantd’air chaud à la température de régénération nécessaire. Lorsquecette température est atteinte, l’eau se détache de l’adsorbant.Le ventilateur continue de pomper de l’air de régénération chauddans le réservoir de séchage B. Ce courant d’air de régénérationabsorbe la vapeur d’eau et la transporte à l’air libre via unesoupape d’échappement.
2è temps
Dans le temps de refroidissement, la température de servicebaisse pour atteindre celle du réservoir de séchage B. Pour cefaire, le registre de tirage du ventilateur est désactivé et de l’airambiant froid est amené dans le réservoir de séchage.
3è temps
A l’issue du refroidissement, l’air comprimé sec et détenduquitte le compresseur par le réservoir de séchage afin que l’airambiant ne provoque pas d’humidité dans le sécheur.
Caractéristiques
– Economique dans le cas de débits importants
– Des températures de régénération élevées permettentd’obtenir un point de rosée sous pression bas.
– Faible consommation d’air comprimé supplémentaireSeule une faible partie de l’air de régénération estprélevée dans le système d’air comprimé.
– Préfiltrage de l’air d’entréeUn préfiltre libère l’air comprimé dans une large mesure desparticules d’huile, des gouttes d’eau et des impuretés.
– Filtrage auxiliaire de l’air comprimé secLe déshydratant emporté hors du réservoir de séchage doitêtre filtré de l’air comprimé.
Figure 5.15 :Adsorbant au bout de 6 à 8 heures de séchage
P. de roséesous pres.
[ ° C ]
jusque-40°C
Débit
[ m³/h ]
500à 15000
Températured’entrée
[ ° C ]
jusque+50°C
Pression deservice[ bar ]
2 à 16
5.4.6.3 Régénération à chaleur externe
Air comprimé sec
BA
Air derégénération
1 6
7
1 = Soupape de régulation et distribution inf.2 = Soupape de régulation et distribution sup.3 = Dérivation avec cache perforé, 3è temps
4 = Registre de tirage5 = Ventilateur6 = Soupape d’arrêt7 = Soupape antiretour8 = Préfiltre9 = Filtre auxiliaire
Air compr. humide
5
2 3
4
Figure 5.16 :Schéma fonctionnel d’un sécheur par adsorption àrégénération à chaleur externe
8
9
88
Traitement de l’air comprimé
La régénération par le vide est une variante de la régénérationà chaud externe. Tout comme pour la régénération à chaud, lespériodes de régénération oscillent entre 6 et 8 heures. Pendantla longue période de séchage, l’humidité se dépose sur lesparois internes et externes de l’adsorbant. Pour inverser ceprocessus, il faut amener de la chaleur de l’extérieur. Dès quela température de régénération de l’adsorbant est dépassée,grâce à l’apport de chaleur, l’énergie qui se crée en surfacepermet de surmonter les forces d’adhésion et l’eau s’évapore.L’humidité est évacuée grâce à un faible courant d’air derégénération.
La température de régénération dépend du point de rosée souspression de l’air de régénération. Plus elle est basse, plus latempérature de régénération du sécheur le sera également.
Lors de la régénération par le vide, l’air ambiant est aspirépar surpression dans le réservoir de séchage. Ce courant d’airest chauffé extérieurement. La régénération par le vide se dé-roule en deux temps.
1er temps
Une pompe à vide aspire l’air ambiant. Ce courant d’air estchauffé dans un registre de tirage et aspiré dans le réservoir deséchage. Lorsque la température de régénération est atteinte,l’eau se détache de l’adsorbant. Le courant d’air de régénérationabsorbe la vapeur d’eau et l’évacue à l’air libre via une soupaped’échappement.
2è temps
Dans la phase de refroidissement, la température de servicebaisse pour atteindre la température du réservoir de séchage.Pour ce faire, le registre de tirage est désactivé et l’air ambiantfroid est aspiré dans le réservoir de séchage.
Caractéristiques
– Economique dans le cas de débits importants
– Pas de consommation d’air comprimé supplémentaireLa régénération n’exige aucun prélèvement d’aircomprimé dans le système.
– Longue durée de vie du déshydratantLe déshydratant est soumis à une faible contraintethermique.
– Economies d’énergie grâce à une faible température derégénération
– Préfiltrage de l’air d’entréeUn préfiltre libère dans une large mesure l’air comprimé desparticules d’huile, des gouttes d’eau et des impuretés.
– Filtrage auxiliaire de l’air comprimé secLe déshydratant emporté hors du réservoir de séchage doitêtre filtré de l’air comprimé.
Figure 5.17 :Adsorbant au bout de 6 à 8 heures de séchage
P. de roséesous pres.
[ ° C ]
jusque-80°C
Débit
[ m³/h ]
400à 7400
Températured’entrée
[ ° C ]
jusque+ 40° C
Pression deservice[ bar ]
4 à 16 bar
Air comprimé sec
BA
Air derégénération
1
6
1 = Soupape de régulation et distribution inf.2 = Soupape de régulation et distribution sup.3 = Soupape d’arrêt4 = Registre de tirage5 = Ventilateur6 = Silencieux7 = Préfiltre8 = Filtre auxiliaire
Air compr. humide
5
23
4
Figure 5.18 :Schéma fonctionnel d’un sécheur par adsorption àrégénération par le vide
5.4.6.4 Régénération par le vide
7
8
89
Traitement de l’air comprimé
5.4.7 Emplacement du sécheur d’air
comprimé par réfrigération
Il existe deux possibilités pour intégrer le sécheur d’aircomprimé par réfrigération dans une station d’air comprimé : ilest placé avant ou après le réservoir d’air comprimé. Il n’estpas possible de le spécifier de manière catégorique, car lesdeux variantes présentent des avantages et des désavantagesdans des cas d’applications précis.
Avantages :
– Air sec dans le réservoir d’air compriméIl ne se forme pas de condensat dans le réservoir d’aircomprimé.
– Qualité de l’air comprimé constanteLe point de rosée sous pression de l’air comprimé resteconstant, même lorsque de l’air comprimé est nécessitésubitement et en grande quantité.
Désavantages :
– Grandes dimensions du sécheurLe sécheur doit être conçu en fonction du débit réel délivrépar le compresseur installé. Le sécheur est souventsurdimensionné lorsque la consommation est faible.
– Séchage d’air comprimé pulséDe par leur conception, les compresseurs à pistons enparticulier fournissent de l’air pulsé. Le sécheur est exposéà une contrainte élevée.
– Haute température d’entrée de l’air compriméL’air comprimé vient directement du radiateur auxiliaire ducompresseur.
– Il n’est pas possible de sécher un courant d’air partiel.
– Quantité de condensat élevéeTout le condensat pénètre dans le sécheur.
– Sur les systèmes composés de plusieurs compresseurs,chacun des compresseurs doit être accompagné d’unsécheur.
Conclusion
Il est rarement conseillé d’installer le sécheur en amont duréservoir d’air comprimé. Ce cas de figure est cependantconseillé si le compresseur doit souvent faire face à des picsde consommation soudains, sans que la qualité de l’air n’ensouffre.
Figure 5.19 :Sécheur installé avant le réservoir d’air comprimé
5.4.7.1 Sécheur placé avant le réservoir
d’air comprimé
90
Traitement de l’air comprimé
Avantages :
– Dimensionnement sur mesure du sécheurLe sécheur peut être dimensionné en fonction de laconsommation d’air comprimé réelle, ou en fonction du débitd’air comprimé à sécher.
– Séchage d’un débit détendu
– Faible température d’entrée de l’air compriméL’air comprimé peut continuer à refroidir dans le réservoird’air comprimé.
– Faibles quantités de condensatLes gouttes de condensat qui se forment sont collectéesdans le réservoir d’air comprimé et ne perturbent pas le restedu système.
Désavantages :
– Condensat dans le réservoir d’air compriméL’humidité qui règne dans le réservoir d’air compriméreprésente une source de corrosion.
– Surcharge du sécheurLes contraintes exercées sur le sécheur sont élevées lorsquede l’air comprimé est nécessité subitement et en grandequantité. Le point de rosée sous pression de l’air compriméaugmente.
Conclusion
Dans la majorité des cas, BOGE conseille d’installer le sécheuren aval du réservoir d’air comprimé. Sur le plan économique,les arguments parlent en faveur de cette configuration. Unsécheur de moindres dimensions peut être généralement utilisé.Les capacités sont mieux utilisées.
Figure 5.20 :Sécheur monté après le réservoir d’air comprimé
5.4.7.2 Sécheur placé après le réservoir
d’air comprimé
91
Traitement de l’air comprimé
5.5 Filtres à air comprimé
5.5.1 Terminologie de base des filtres Il est nécessaire de définir certaines grandeurs et certainsfacteurs avant de considérer les filtres de manière plus détaillée.
Le pouvoir séparateur ηηηηη indique la différence de concentrationde particules d’impuretés en amont et en aval du filtre. Onparle également de „l’efficacité“ du filtre. Le pouvoir séparateurdu filtre ηηηηη est par conséquent une grandeur qui reflète l’efficacitédu filtre. La taille de grain minimale [µm] qui peut être séparéepar le filtre doit toujours être indiquée.
C1
= Concentration de particules d’impuretésavant le filtre.
C2
= Concentration de particules d’impuretésaprès le filtre.
η = Pouvoir séparateur du filtre [%]
La concentration est généralement mesurée proportionnellementà l’unité de volume [g/m³] de l’air comprimé. Lorsque laconcentration est faible, on la définit généralement en comptantles particules par unité de volume [Z/cm³]. Le comptage desparticules par unité de volume est la méthode la plusfréquemment utilisée pour définir le pouvoir séparateur des filtreshautes performances. Mesurer le poids proportionnellement àl’unité de volume avec une précision suffisante exigerait la miseen oeuvre de moyens disproportionnés par rapport aux résultatsobtenus.
Exemple
Une concentration de particules de C1
= 30 mg/m³ est mesuréedans l’air comprimé avant le filtrage. Après le filtrage, l’air purrenferme encore une concentration de particules deC
2= 0,003 mg/m³ pour une taille des particules supérieure à
3 µm.
Le pouvoir séparateur du filtre est de 99,99 % par rapport à3 µm.
C1
ηηηηη = 100 – ——– ××××× 100
C2
Aircompriménon filtré( C
1)
Air pur(C
2)
Figure 5.21 :Préfiltre BOGE, série Vη = 99,99 % par rapport à 3 µm
30 ηηηηη = 100 – ——–– ××××× 100
0,003
ηηηηη = 99,99 %
5.5.1.1 Pouvoir séparateur du filtre ηηηηη [ % ]
92
Traitement de l’air comprimé
La chute de pression ∆∆∆∆∆p est la différence de pression due aucourant en amont et en aval du filtre. La chute de pression∆∆∆∆∆p dans le filtre augmente avec le temps en raison del’amoncellement des particules de poussière et d’impuretés.
– ∆∆∆∆∆p0 est la chute de pression relevée sur les nouveaux
éléments de filtre. Selon le type de filtre, elle oscille entre0,02 et 0,2 bar.
– La limite acceptable économiquement pour la chute depression ∆∆∆∆∆p se situe approximativement à 0,6 bar.
Un appareil de mesure de la différence de pression équipe lamajorité des filtres afin de capter la chute de pression.
Si la chute de pression ∆∆∆∆∆p dépasse la valeur limite, il estnécessaire de nettoyer le filtre ou de remplacer l’élément filtrant.
Le débit maximum d’un filtre se réfère toujours à la pressionnormalisée p
s = 7 bar. Lorsque la pression change, le débit
maximum du filtre change également. La modification du débitpeut être déterminée aisément au moyen du facteur deconversion correspondant f.
Exemple
Un préfiltre BOGE V50, dont la capacité nominale est de300 m³/h à la pression normalisée p
s= 7 bar devrait fonctionner
à ps= 10 bar.
D10
= rendement réel pour ps= 10 bar [m³/h]
D7
= rendement réel pour ps= 7 bar [m³/h]
f = facteur de conversion pour ps= 10 bar
Pour une pression de ps= 10 bar, les performances réelles no-
minales du filtre sont de 414 m³/h.
Figure 5.22 :Filtre conventionnel et appareil de mesure ∆p
D7
= 300 m³/h
ps
= 10 bar ⇒ f = 1,38
D10
= D7
××××× f
D10
= 300 m³/h ××××× 1,38
D10
= 414 m³/h
5.5.1.2 Chute de pression ∆∆∆∆∆p
5.5.1.3 Pression de service
Pression [bars] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Facteur f 0,25 0,38 0,5 0,65 0,75 0,88 1 1,13 1,25 1,38 1,5 1,63 1,75 1,88 2
93
Traitement de l’air comprimé
5.5.2 Séparateur centrifuge A sa sortie du compresseur, l’air comprimé contient de l’eausous forme de vapeur, ainsi que des gouttelettes de condensat.Ces gouttelettes, qui se produisent lors de la compression,sont dues à la diminution de la faculté de stockage de l’air lorsde la réduction du volume.
Cette eau se dépose normalement dans le réservoir destockage, car l’air comprimé se détend. Le condensat est évacuéà partir de là.
Principe de fonctionnement
Le séparateur centrifuge fonctionne selon le principe de l’inertiede masse. Il se compose d’une cartouche tourbillonnaire etd’un réservoir de récupération. La cartouche est conçue demanière à ce que l’air comprimé soit soumis à un mouvementgiratoire. Les éléments solides et liquides contenus dans l’airsont projetés sur les parois intérieures du réservoir, sous l’effetde leur propre masse. Les particules d’impureté lourdes et lesgouttelettes d’eau sont ainsi éliminées. Les impuretés séparéess’écoulent le long d’une surface de rebondissement etparviennent dans le collecteur. La surface de rebondissementpermet également d’éviter que le courant d’air ne remporte leliquide séparé.
Le condensat est retiré du collecteur automatiquement oumanuellement afin d’être éliminé ou traité.
Caractéristiques
– Séparation pratiquement complète des gouttelettes d’eau
– Filtrage des particules de poussière et d’impureté lourdes
– La capacité de filtrage du séparateur centrifuge dépend dela vitesse de courant de l’air. Plus elle est rapide, plus lacapacité de séparation est élevée. La perte de pression dansle séparateur augmente cependant avec la vitesse ducourant.
Domaines d’applications
– Réservoir d’air comprimé inutile dans le réseau
– Grandes distances entre le compresseur et le réservoirLorsque le réservoir d’air comprimé est très éloigné ducompresseur, il est judicieux d’installer un séparateurcentrifuge aussitôt après le compresseur. Il permet d’éviterles „transports d’eau“ inutiles dans les conduites.
– Lignes montantes entre le réservoir d’air comprimé et lecompresseur. La conduite reliant le compresseur et leréservoir d’air comprimé est verticale. Lorsque lecompresseur s’arrête, l’eau de condensation retourne dansle compresseur. Dans ce cas, il est judicieux d’installer unséparateur centrifuge juste après le compresseur.
Différencede pression
∆p [ bar ]
> 0,05 bar
Taille desparticules
[ µm ]
> 50 µm
Teneur enhuile rés.[ mg/m³ ]
sansinfluence
Degré deséparation
[ % ]
95 %
1
2
3
4
Air pur
Entrée de l’aircomprimé
Figure 5.23 :Séparateur centrifuge
1 = Cartouche tourbillonnaire2 = Surface de rebondissement3 = Collecteur4 = Purgeur de condensat
94
Traitement de l’air comprimé
5.5.3 Préfiltre Les préfiltres permettent de séparer les impuretés solidesprésentant une taille de 3 µm environ, mais filtrent mal l’huileet l’humidité. Les préfiltres assistent les filtres hautesperformances et les sécheurs lorsque l’air est très poussiéreux.Il est possible de renoncer à l’utilisation d’un filtre plus fin si laqualité de l’air comprimé exigée n’est pas très élevée.
Principe de fonctionnement
Les préfiltres fonctionnent selon le principe de la filtration desurface. En fait, ce ne sont que des passoires. La taille despores correspond à celle des particules qui peuvent être filtrées.Les impuretés restent à l’extérieur des éléments du filtre. Lesmatériaux les plus couramment utilisés pour les élémentsfiltrants sont les suivants :
– bronze fritté
– polyéthylène à haute densité moléculaire
– céramique frittée
– bronze ou fil de cuivre (filtrage grossier)
– Inserts de papier en cellulose pliés
L’air passe dans les éléments filtrants de l’extérieur versl’intérieur. Un sens de courant inverse provoquerait uneagglomération des particules séparées à l’intérieur des élémentsfiltrants. L’amoncellement des matières solides annihileraitl’efficacité du filtre.
Caractéristiques
– Le filtre peut être régénéré.Il est possible de nettoyer les éléments filtrants, car laséparation des particules effectuée dans le préfiltre intervientuniquement à la surface de l’élément.
Figure 5.24 :Mécanisme de filtrage des filtres de surface
Différencede pression
∆p [ bar ]
> 0,03 bar
Taille desparticules
[ µm ]
> 3 µm
Teneur enhuile rés.[ mg/m³ ]
sansinfluence
Degré deséparation
[ % ]
99,99 %
Figure 5.25 :Préfiltre BOGE, série V
95
Traitement de l’air comprimé
5.5.4 Filtre microporeux
Différencede pression
∆p [ bar ]
> 0,1 bar
Taille desparticules
[ µm ]
> 0,01 µm
Teneur enhuile rés.[ mg/m³ ]
> 0,01
Degré deséparation
[ % ]
99,9999 %
Figure 5.26 :Mécanisme de filtrage des filtres à lit profond
Les filtres microporeux sont utilisés lorsque l’on a besoin d’aircomprimé de très grande qualité. Ils permettent d’obtenir un aircomprimé exempt d’huile et de réduire la teneur en huilerésiduelle dans l’air comprimé à 0,01 mg/m³. Ils filtrent lesparticules d’impuretés avec un degré de séparation de99,9999 % par rapport à 0,01 µm.
Principe de fonctionnement
Les filtres microporeux, également appelés filtres à coalescenceou hautes performances, sont des filtres à lit profond. Ils filtrentle condensat huileux contenu dans l’eau sous forme degouttelettes fines et ultra fines de l’air comprimé.
Le filtre à lit profond est un filtre constitué d’une multitude defibres extrêmement fines. Ces fibres forment un maillagealéatoire et, par conséquent, une structure poreuse. Les fibressont parcourues par un système de canaux présentant la for-me d’un labyrinthe. Les canaux sont en partie plus larges quela taille des particules à séparer. La séparation des particulesintervient tout le long du chemin parcouru par l’air comprimédans l’élément filtrant.
Les filtres microporeux sont équipés d’un élément filtrant plissé.La surface effective du filtre est ainsi accrue de près d’un tierspar rapport aux filtres enroulés. La chute de pression ∆∆∆∆∆p est depar ce fait largement réduite. Certains avantages en résultent :
– débit plus important
– pertes d’énergie moindres
– durée de vie plus longue
L’air passe dans le filtre à lit profond de l’intérieur versl’extérieur. La phase liquide d’huile et d’eau se dépose sur lefeutre du filtre lors du passage de l’air. Le courant d’air transportealors le condensat et les gouttes de plus en plus grosses versl’extérieur du filtre. Une partie du condensat sort ainsi du filtre.Le condensat s’amoncelle dans le collecteur du filtre sous l’effetde la force centrifuge.
La durée de vie des filtres augmente, car le condensat filtré nesurcharge plus l’élément dans ce sens de courant.
Figure 5.28 :Microfiltre BOGE, série F
Figure 5.27 :Matière filtrante pliée et enroulée
M a t i è r efiltrante
96
Traitement de l’air comprimé
Agent filtrant
Air comprimé nonfiltré
Air comprimé techniquesans huile et propre
Figure 5.29Mécanismes du filtrage de lit profond
Mécanismes de filtrage
Trois mécanismes différents opèrent ensemble afin de séparerles fines particules de l’air.
– Contact directLes particules de grande taille et les gouttes d’eau entrenten contact direct avec les fibres du filtre.
– ImpactLes particules et les gouttes rencontrent les fibres du filtredisposées de manière aléatoire. Elles sont déviées de lavoie du courant sous l’effet du choc et absorbées par la fibresuivante.
– DiffusionLes particules fines et extrêmement fines se coalisent dansle champ de courant et forment des particules de plus enplus grosses (mouvement moléculaire de Brown). Cesparticules sont alors filtrées.
Le borosilicate sous forme de fibres de verre est le matériau leplus utilisé dans la fabrication des filtres hautes performances.Il est utilisé pour les filtres à lit profond. On trouve également
– des fibres métalliques.
– des fibres synthétiques.
Caractéristiques
– Séparation de l’huile dans la phase liquideDes hydrocarbures se trouvent dans l’air comprimé. Ilsprésentent deux états physiques :
- gazeux sous forme de vapeur d’huile
- liquides sous forme de gouttes
Les gouttes d’huile sont filtrées à pratiquement 100% parun filtre hautes performances. La vapeur d’huile ne peut pasêtre filtrée.
– Faibles températures de fonctionnementLe degré de séparation du filtre diminue lorsque latempérature de fonctionnement augmente. Une partie desgouttes d’huile s’évapore et traverse le filtre. Lorsque latempérature passe de +20° à +30°C, un volume d’huile 5fois supérieur traverse le filtre.
– Possibilité de recyclageLes matériaux utilisés ont été choisis en considérant lesaspects écologiques.
97
Traitement de l’air comprimé
5.5.5 Filtre à charbon actif
Différencede pression
∆p [ bar ]
> 0,02 bar
Taille desparticules
[ µm ]
0,01
Teneur enhuile rés.[ mg/m³ ]
> 0,005
Degré deséparation
[ % ]
99,9999
Figure 5.30 :Combinaison de filtres BOGE, séries AFFiltre à charbon actif combiné à un filtremicroporeux
A la sortie du filtre hautes performance et du sécheur, l’aircomprimé technique sans huile contient encore deshydrocarbures et diverses substances olfactives et gustatives.
Dans de nombreuses applications, ces restes contenus dansl’air comprimé peuvent entraver la production, provoquer unebaisse de la qualité et une gêne au niveau des odeurs.
Un filtre à charbon actif extrait les vapeurs d’hydrocarbures del’air comprimé. La teneur en huile résiduelle peut être réduite à0,005 mg/m³. La qualité de l’air comprimé est meilleure quecelle exigée par la norme DIN 3188 pour l’air respirable. Lesgouttelettes d’huile condensées sont séparées par le filtreraccordé (filtre microporeux BOGE, série F).
Principe de fonctionnement
Le filtrage de l’air comprimé par adsorption est un processuspurement physique. Les hydrocarbures sont liés au charbonactif sous l’effet des forces d’adhésion (attraction moléculairenon équilibrée). Aucune liaison chimique n’intervient lors de ceprocessus.
L’air comprimé sec et préfiltré passe dans un filtre à charbonactif plissé. Cet élément filtrant ressemble à un filtremicroporeux. L’air comprimé le traverse également de l’intérieurvers l’extérieur.
Caractéristiques
– PréfiltrageUn filtre hautes performances et un sécheur doivent toujoursêtre montés en amont du filtre à charbon actif. L’air impurdétruit l’adsorbant et diminue l’effet de filtrage.
– Pas de régénérationLa charge de charbon actif ne peut pas se régénérer. Il fautla remplacer en fonction de son degré de saturation.
– Durée de vieL’élément filtrant d’un filtre à charbon actif doit être remplacéau bout de 300 à 400 heures de fonctionnement.
Domaines d’applications
– Industrie alimentaire et des denrées de luxe
– Industrie pharmaceutique
– Industrie chimique
– Traitement des surfaces
– Techniques médicales
98
Traitement de l’air comprimé
5.5.6 Adsorbeur à charbon actif
Différencede pression
∆p [ bar ]
> 0,1 bar
Taille desparticules
[ µm ]
–
Teneur enhuile rés.[ mg/m³ ]
> 0,003
Degré deséparation
[ % ]
–
Préfiltre Filtre aux.
Figure 5.31 :Schéma fonctionnel d’un adsorbeur à charbonactif BOGE de type DC
A la sortie du filtre hautes performance et du sécheur, l’aircomprimé technique sans huile contient encore deshydrocarbures et diverses substances olfactives etgustatives.Dans de nombreuses applications ces restescontenus dans l’air comprimé peuvent entraver la production,provoquer une baisse de la qualité et une gêne au niveau desodeurs.
Un filtre à charbon actif extrait les vapeurs d’hydrocarbures del’air comprimé. La teneur en huile résiduelle peut être réduite à0,003 mg/m³. La qualité de l’air comprimé est meilleure quecelle exigée par la norme DIN 3188 pour l’air respirable. Lesgouttelettes d’huile condensées sont séparées par le filtreraccordé (filtre microporeux BOGE, série F).
Principe de fonctionnement
Le filtrage de l’air comprimé par adsorption est un processuspurement physique. Les hydrocarbures sont liés au charbonactif sous l’effet des forces d’adhésion (attraction moléculairenon équilibrée). Aucune liaison chimique n’intervient lors de ceprocessus.
L’air comprimé sec et filtré est dirigé via un diffuseur vers un litde charbon actif pilé. Le diffuseur répartit l’air comprimérégulièrement au dessus du lit de charbon actif. On obtientainsi de longues périodes de contact et une utilisation optimalede l’adsorbant. Après être passé dans le lit d’adsorbant, l’aircomprimé parvient dans un collecteur de sortie et quittel’adsorbeur à charbon actif.
Caractéristiques
– PréfiltrageUn filtre hautes performances et un sécheur doivent toujoursêtre montés en amont du filtre à charbon actif. L’air impurdétruit l’adsorbant et diminue l’effet de filtration.
– Filtrage auxiliairePour des raisons de sécurité, il est conseillé de monter unfiltre hautes performances en aval de l’adsorbeur. L’aircomprimé détache les particules de poussière de charbonles plus fines (inférieures à 1 µm) du lit de charbon actif.
– Pas de régénérationLa charge de charbon actif ne peut pas se régénérer. Il fautla remplacer en fonction de son degré de saturation.
– Durée de vie élevéeLa charge du filtre à charbon actif doit être remplacée aubout de 8000 à 10 000 heures de fonctionnement.
Domaines d’applications
– Les domaines d’applications sont identiques à ceux dufiltre à charbon actif.
99
Traitement de l’air comprimé
5.5.7 Filtre stérile
Différencede pression
∆p [ bar ]
> 0,09 bar
Taille desparticules
[ µm ]
0,01
Teneur enhuile rés.[ mg/m³ ]
–
Degré deséparation
[ % ]
99,9999
Les organismes vivants, tels que les bactéries, lesbactériophages et les virus sont à l’origine de graves problèmessanitaires dans de nombreux domaines. Les filtres stérilesgénèrent un air comprimé stérile à 100%, exempt de germes.
Principe de fonctionnement
Le courant d’air préfiltré passe de l’extérieur vers l’intérieur àtravers un élément filtrant composé de deux étages de filtrage.Les micro-organismes atteignant une taille de 1 µm sont retenusdans le préfiltre. Le deuxième étage se compose d’un feutre enmicrofibres de borosilicate tridimensionnel, neutre sur le planchimique et biologique. Les organismes résiduels y sont filtrés.Les éléments filtrants sont fixés dans une cage en acier.
Les filtres peuvent être nettoyés et stérilisés 100 fois en lesexposant à un jet de vapeur portée à une température de+200° C. La vapeur peut être appliquée des deux côtés du filtre.Il est également possible de stériliser le filtre par différentesméthodes
– eau chaude
– air chaud
– gaz (oxyde d’éthylène, formaldéhyde)
– H2O
2
Caractéristiques
– Matériau en acier inoxydableTous les éléments métalliques du filtre sont réalisés en acierinoxydable de qualité supérieure. Cet acier, qui n’offre aucunesubstance nutritive aux micro-organismes, ne se corrode etne se décompose pas.
– RésistantL’agent filtrant est inactif, il résiste aux produits chimiqueset aux températures élevées. Les bactéries sont dansl’incapacité de se développer ou de le traverser.
– Distance de contact courte et stérileIl est conseillé d’installer le filtre stérile directement sur leconsommateur final.
Domaines d’applications
– Industrie alimentaire et des denrées de luxe
– Industrie pharmaceutique
– Industrie chimique
– Industrie de l’emballage
– Techniques médicales
Figure 5.31 :Filtre stérile BOGE, série ST
100
Elimination du condensat
6. Elimination du condensat
6.1 Condensat Le condensat se compose principalememt d’eau, véhiculée parl’air aspiré par le compresseur et qui se forme lors de lacompression. Le condensat contient également un grandnombre d’impuretés.
– Aérosols minéraux et hydrocarbures imbrûlés contenusdans l’air aspiré
– Poussière et particules d’impuretés présentes dans l’aircomprimé sous les formes les plus diverses
– Huile utilisée pour le refroidissement et la lubrification ducompresseur
– Rouille, produits d’usure, restes de produits isolants etperles de soudure émaillant le réseau de conduites
Le condensat est, de par sa haute teneur en produits nocifs,particulièrement dangereux pour l’environnement et doit doncêtre éliminé conformément aux règlements en vigueur. Les huilesminérales contenues dans le condensat sont difficilementbiodégradables, leur influence a une action néfaste surl’alimentation en oxygène et la putréfaction des boues dans lesstations de traitement des eaux. L’efficacité du processus detraitement est réduite et favorise la croissance des risques surle plan écologique et sanitaire.
Les différents systèmes d’air comprimé ne produisent pas tousun condensat identique. Le condensat présente descaractéristiques différentes selon les conditions del’environnement et le type de compresseur. Considérons parexemple
– les compresseurs lubrifiés par huile.Sur les compresseurs de ce type, l’huile lave une partie desproduits agressifs et solides contenus dans l’air comprimédans la chambre de compression. Par conséquent, lessystèmes lubrifiés par huile génèrent habituellement uncondensat présentant un pH neutre.
– les compresseurs lubrifiés sans huile.Sur ces systèmes, la majorité des substances nocives estévacuée avec le condensat. Pour cette raison, le condensatprésente un pH acide. Il n’est pas rare de constater des pHcompris entre 4 et 5.
La consistance du condensat change également en fonctiondes conditions marginales. Le condensat a généralement laconsistance de l’eau. Dans certains cas exceptionnels, il pourraégalement se présenter sous forme de pâte.
101
Elimination du condensat
6.2 Evacuateur de condensat Le condensat qui se forme à l’intérieur du système d’aircomprimé doit être évacué pour ne pas être emporté par le fluxd’air et entrer de cette manière dans le réseau de conduites.
Les évacuateurs de condensat sont des appareils onéreux, carles réservoirs de récupération du condensat sont sous pression.Il faut donc que l’évacuation du condensat soit contrôlée si l’ontient à éviter toute perte de pression inutile.
Il faut en outre tenir compte du fait que la formation ducondensat est irrégulière. Le volume de condensat change enfonction de la température et de l’humidité de l’air aspiré par lecompresseur.
Les différents types d’évacuateurs sont présentés dans letableau ci-dessous en fonction de leur mode de fonctionnement.
Lorsque l’on choisit un évacuateur de condensat, quel qu’il soit,il faut toujours tenir compte du condensat en présence etd’autres conditions marginales. Certains domainesd’applications exigent que les évacuateurs de condensatprésentent des formes particulières :
– condensat très agressif
– condensat sous forme de pâte
– environnement présentant des risques d’explosions
– réseau basse pression et sous-pression
– réseau haute pression et très haute pression
Les évacuateurs de condensat exigent un système de chauffagelorsque les températures descendent en dessous de zéro degré,afin d’éviter que l’eau contenue dans le condensat ne gèle.
Types d’évacuateurs de condensat
AutomatiquesManuels
Soupape manuelle Evacuateur de
condensat à commande
à flotteur
Evacuateur de cond.
à électrovanne à
ouverture synchronisée
Evacuateur de
condensat à mesure du
niveau
Flotteur de niveauCapteur de mesure
électronique
102
Elimination du condensat
6.2.2 Evacuateur de condensat
à commande à flotteur
6.2.1 Evacuateur de condensat
à soupape manuelle
Le condensat est collecté dans un réservoir prévu à cet effet.Le personnel chargé de la maintenance et de l’exploitation doitvérifier régulièrement le niveau de remplissage du réservoir. Lecondensat sera éventuellement vidangé par l’orifice situé aufond du réservoir.
Caractéristiques
– Construction simple et économique
– Connexion électrique inutile
– Pas de fonction d’alarme
– Vérification régulière nécessaireLe condensat doit être vidangé régulièrement.
Un flotteur se trouve dans le réservoir de condensat. Il commandeune soupape d’échappement située au fond du réservoir.Lorsque le niveau du réservoir dépasse un repère défini, lasoupape d’échappement s’ouvre. La surpression qui règne dansle système permet d’évacuer le condensat à l’extérieur. Dèsque le niveau repasse en dessous du repère de niveau minima,la soupape se referme automatiquement avant que de l’air nes’échappe.
Le condensat est maintenant séparé de l’air comprimé et peutêtre introduit dans le système de traitement.
Caractéristiques
– Construction simple et économique
– Pas de connexion électrique nécessaireIdéal dans les environnements à risques d’explosions
– Pas de purge de l’air comprimé
– Susceptible de tomber en panneLes pièces mobiles du système peuvent se résinifier, collerou corroder au contact direct du condensat.
– Maintenance régulière nécessaireLa fragilité du système exige une maintenance régulière.
– Pas de signal d’alarme extérieur
– Peu soupleLes soupapes du flotteur doivent être spécialement adaptéesaux besoins du condensat.
Figure 6.1 :Evacuateur de condensat à commande à flotteur
1
3
4
2
1 = Entrée2 = Sortie3 = Bouchon de vidange4 = Orifice de purge
103
Elimination du condensat
6.2.3 Evacuateur de condensat à
électrovanne à ouverture
synchronisée
Le condensat est collecté dans un réservoir prévu à cet effet.Une électrovanne équipée d’une minuterie ouvre à des intervallesdéfinis et réguliers (1,5 à 30 min.) l’orifice de purge situé aufond du réservoir. Elle le referme au bout de 0,4 à 10 secondesd’ouverture. Le condensat est évacué sous l’effet de la pressiondu système.
La soupape de purge est raccordée au système d’évacuationdu condensat par une conduite.
Remarque
Pour éviter toute formation de condensat dans les conduites, ilfaut évacuer la totalité du condensat. Les périodes d’ouverturede l’électrovanne, réglables en fonction des cas, permettent degarantir une évacuation parfaite du condensat.En été, il se forme davantage de condensat qu’en hiver, enraison de l’humidité élevée. Si les périodes et les intervallesd’ouverture sont adaptés à des conditions estivales, les bassestempératures seront à l’origine de grandes pertes de pression,car l’electrovanne restera ouverte trop longtemps, une grandequantité d’air comprimé étant évacuée en même temps que lecondensat.Pour minimiser les pertes de pression, les cycles d’ouverturede l’électrovanne doivent être toujours adaptés aux conditionsclimatiques en présence.Le temps n’étant pas toujours constant, il n’est donc paspossible d’optimiser les intervalles et les périodes d’ouverturede manière à éviter totalement les pertes d’air comprimé : ilrestera du condensat dans le système d’air comprimé ou del’air comprimé sera évacué.
Caractéristiques
– Grande sécurité de fonctionnementLe système fonctionne en toute fiabilité, même lorsque lecondensat pose des problèmes.
– Connexion électrique nécessaire
– Pas de signal d’erreur externe
– Pas de fonction d’alarme
– L’électrovanne fonctionne lorsque la station de pression estactivée, même si de l’air comprimé n’est pas nécessité (leweek-end par exemple).
Figure 6.2 :Soupape de purge électromagnétique
104
Elimination du condensat
6.2.4 Evacuateur de condensat à mesure
de niveau électronique
Fonctionnement
Le condensat est collecté dans un réservoir prévu à cet effet.Dès que le détecteur de niveau capacitif Ni2 annonce que leniveau de remplissage maximum est atteint, une électrovanneouvre une conduite pilote. La pression est relâchée sur lediaphragme de la soupape et la conduite d’évacuation estouverte. La surpression qui règne dans le boîtier comprime lecondensat dans la conduite d’évacuation pour l’expédier ausystème de traitement.
Dès que le niveau atteint le détecteur de niveau Ni1, le systèmeélectronique ferme l’électrovanne. Le diaphragme de la soupapeest fermé avant que l’air ne s’échappe.
Caractéristiques
– Grande sécurité de fonctionnementLe système fonctionne parfaitement, même en présence decondensats problématiques.
– Section importanteLes impuretés grossières et les grumeaux sont évacués sansdifficulté.
– Pas de pertes de pression
– Connexion électrique nécessaire
– Domaines d’applications flexiblesLe système s’adapte automatiquement aux conditionsd’exploitation en présence (par ex. viscosité différente ducondensat et variations de pression).
– Fonction d’alarmeSi un dérangement intervient lors de l’évacuation ducondensat, le mode Alarme se déclenche au bout de 60secondes. L’électrovanne ouvre alors le diaphragme de lasoupape à intervalles déterminés.
– Signal d’erreur externeUne diode lumineuse rouge clignote et un signal sanspotentiel est activé.
– Grande gamme de performances
1 = Conduite d’entrée2 = Collecteur3 = Conduite pilote4 = Electrovanne5 = Diaphragme de soupape6 = Détecteur de niveau7 = Siège de soupape8 = Conduite d’évacuation
1
3
4
5Ni1
Ni2
8
7
6
2 Ni1
Ni2
2
Figure 6.3 :Evacuateur de condensat à mesure de niveauélectronique
105
Elimination du condensat
6.2.5 Evacuateur de condensat à
flotteur à niveau par mesure du
niveau de remplissage
Le condensat est récupéré dans le collecteur de l’évacuateurde condensat. Un flotteur repose sur le condensat et se déplacele long du guide qui équipe le collecteur. Sur ce guide, troiscontacts saisissent le niveau de remplissage dans le collecteurde manière électronique. Dès que le flotteur atteint le contact
2, la commande électrique ouvre une électrovanne. La pressionest relâchée sur le diaphragme de la soupape via une conduitepilote et la conduite d’évacuation est ouverte. La pression quirègne dans le système éjecte le condensat hors de l’évacuateurde condensat via une conduite verticale.
Le niveau de condensat dans le collecteur baisse et lacommande ferme la sortie avant que de l’air comprimé nes’échappe au bout d’une période préréglée t. Si le niveau decondensat n’atteint pas le contact 1 au bout de la période t,l’ouverture de purge est ouverte à intervalles réguliers, puisrefermée à l’issue de périodes d’ouverture définies. Il est ainsigaranti que le réservoir de condensat est entièrement vidé.
Lorsque le niveau de condensat atteint le contact 3, lacommande déclenche l’alarme. Les intervalles de commutationet les périodes d’ouverture restent inchangés.
Caractéristiques
– Cycles de nettoyage variables en fonction du tempsLe condensat ne sèche pas, même à l’issue de périodesd’arrêt prolongées.
– Pas de pertes de pression
– Connexion électrique nécessaire
1
3
2
2
3
4
5
6
7
1
1 = Collecteur2 = Flotteur de niveau3 = Guide4 = Conduite verticale5 = Diaphragme de soupape6 = Electrovanne7 = Conduite pilote
Figure 6.4 :Evacuateur de condensat à flotteur à niveau parmesure du niveau du remplissage
106
Elimination du condensat
6.3 Traitement du condensat Le condensat produit par les compresseurs lubrifiés par huilecontient, selon les saisons, une quantité d’huile comprise entre200 et 1000 mg/l. C’est-à-dire que le condensat se composeenviron de 99% d’eau et de 1% d’huile seulement. La loiconsidère cependant ce condensat comme une eau uséecontenant de l’huile. En tant que telle, il est interdit de l’évacuerdans les égouts. Le § 7 de la loi sur le régime des eaux (enAllemagne) fixe les exigences appliquées en matière de propretédes eaux résiduelles. Elle prescrit que la teneur en substancesnuisibles contenues dans les eaux usées soit maintenue auseuil aussi bas que les „règles techniques généralementreconnues“ le permettent. Ces règles ont été définies par legouvernement allemand dans le cadre des règlements générauxadministratifs.
Selon l’ATV (association de technique des eaux à but nonlucratif), fiche de travail A 115, la teneur maximale en huilerésiduelle dans l’eau est actuellement de 20 mg/l. Les autoritéslocales ont cependant le dernier mot à ce sujet. Dans certainscas, les valeurs constatées restent largement en dessous de20 mg/l d’huile résiduelle.
Cela signifie que le condensat doit être éliminé ou traité demanière appropriée.
Elimination
L’élimination du condensat par une entreprise spécialisée estrelativement sûre, mais compliquée et très onéreuse. Les fraisd’élimination s’élèvent généralement à 500 DM par m³ decondensat. Les frais à engager pour les réservoirs homologuéset les conduites viennent s’y greffer.
Traitement sur site
En raison du pourcentage d’eau élevé présent dans le condensathuileux, il est toujours préférable de le traiter sur site. L’eauainsi traitée peut être évacuée dans les égouts. L’huile séparéeest éliminée en même temps que l’huile usagée.
Les séparateurs de liquides légers spécifiés dans la normeDIN 1999, et les séparateurs centrifuge simples ne permettentpas d’obtenir les valeurs limites prescrites par le législateur.Les séparateurs huile-eau sont des appareils parfaitementadaptés pour effectuer un traitement conforme à la législation.
107
Elimination du condensat
Le séparateur huile-eau est parfaitement adapté pour traiter lecondensat qui se forme lors de la compression dans lescompresseurs à vis refroidis par injection d’huile, ainsi que dansles compresseurs à pistons à 1 et 2 étages.
Le séparateur huile-eau sépare sans difficulté le condensatproduit par les compresseurs à pistons et à vis, à condition quel’huile ne forme pas une émulsion.
Fonctionnement
Le condensat huileux est amené dans la chambre de déchargede pression du séparateur huile-eau. La surpression qui se for-me ne provoque pas de tourbillon dans le réservoir de séparation.Les impuretés transportées par le condensat s’amassent dansle collecteur d’impuretés enlevable.
En raison de sa faible densité spécifique, l’huile remonte à lasurface du réservoir de séparation. Elle est amenée dans leréservoir de récupération d’huile par le biais d’un trop-plein d’huileréglable en hauteur, et est ainsi disponible pour le traitement.
Le condensat pré-nettoyé passe dans un préfiltre qui retient lesdernière gouttelettes d’huile. Finalement, un filtre d’adsorptionlie les dernières particules d’huile.
Remarque
Tous les systèmes de séparation huile-eau sont des installationsde traitement des eaux qui doivent faire l’objet d’unehomologation officielle. Le séparateur huile-eau devrait porter lesymbole de modèle type afin d’éviter une procédured’homologation longue et coûteuse. Il suffit alors de l’enregistrerauprès de l’administraion compétente.
Caractéristiques
– Contrôle hebdomadaire du filtreUn échantillon de condensat est comparé à un liquide deréférence. Il est nécessaire de remplacer le filtre lorsque lalimite d’opacité admissible est atteinte.
– Pas de séparation des émulsions huile-eauCes émulsions stables doivent être soumises à un traitementspécial dans un système de séparation des émulsions.
6.3.1 Séparateur huile-eau
10
1 2 4 5 6 8 9
3 7
1 = Entrée du condensat2 = Chambre de décharge de pression3 = Réservoir de récupération d’impuretés4 = Tuyau de trop-plein5 = Détecteur de niveau6 = Préfiltre7 = Filtre par adsorption8 = Trop-plein d’eau9 = Trop-plein d’huile réglable en hauteur10 = Vanne de prélèvement d’échantillons
Figure 6.5:Schéma fonctionnel d’un séparateur huile-eau
Figure 6.6 :Séparateur huile-eau
huile
108
Besoins en air comprimé
7. Besoins en air
comprimé
7.1 Consommation d’air
comprimé des appareils
pneumatiques
La première étape de la conception d’une station decompresseurs et du réseau de conduites correspondant consisteà déterminer la consommation d’air, et par conséquent le débitque devra déliver le compresseur.
La consommation totale est le premier facteur à déterminerpour dimensionner une station de compresseurs. Laconsommation d’air comprimé des différents consommateursest additionnée et adaptée aux conditions d’exploitation grâceà différents multiplicateurs. Le compresseur peut être alorschoisi en fonction du débit déterminé.
On procède de la même manière pour dimensionner lesconduites. Le type et le nombre de consommateurs raccordésà un faisceau de conduites est tout d’abord déterminé. Laconsommation d’air comprimé des différents appareils estadditionnée et corrigée grâce aux multiplicateurs correspondants.La section du réseau de distribution peut être dimensionnéesur la base de ces résultats.
Il faut également tenir compte des pertes de pression lorsquel’on définit la consommation d’air comprimé.
Il est souvent difficile de déterminer la consommation d’air to-tale en raison du manque d’informations disponibles sur certainsappareils. Dans ce chapitre, les valeurs relatives à laconsommation d’air des différents composants seront fourniesà titre indicatif.
Les informations données sur la consommation d’air comprimédes différents appareils sont des valeurs moyennes. Veuillezconsidérer les indications de consommation fournies par lesconstructeurs pour effectuer des calculs exacts.
Les buses présentent diverses formes adaptées à différentesutilisations. Leur consommation n’est donc pas uniforme etdépend de plusieurs facteurs :
– diamètre de la busePlus le diamètre de la buse est important, plus laconsommation d’air comprimé est élevée.
– pression de travail de la busePlus la pression de travail est élevée, plus la consommationd’air comprimé est importante.
– forme de la buseUne buse présentant un orifice de passage cylindrique sim-ple consomme beaucoup moins qu’une buse conique ou deLaval (buse d’expansion).
– qualité de surface de l’ouverture d’échappementIl est possible d’évacuer davantage d’air comprimé lorsquela qualité de surface est très élevée (surface très lisse,sans rayures ni aspérités).
– vaporisation ou soufflageLa consommation d’air comprimé augmente si l’air est utilisécomme moyen de transport (peinture, sable, etc.).
7.1.1 Consommation d’air comprimé des
buses
109
Besoins en air comprimé
Les buses à ouverture cylindrique simples (pistolet à air parexemple) génèrent des tourbillons et des turbulencesimportantes lorsque l’air comprimé est éjecté. La vitessed’écoulement de l’air comprimé est ainsi réduite. Laconsommation d’air comprimé est comparativement faible.
Le tableau suivant fournit des valeurs de référence relatives àla consommation d’air comprimé des buses cylindriques enfonction de la pression de travail et du diamètre de buse :
7.1.1.1 Consommation d’air comprimé des
buses cylindriques
Figure 7.1 :Pistolet à air ∅∅∅∅∅ Pression de travail [bar]
buses
[mm] 2 3 4 5 6 7 8
0,5 8 10 12 15 18 22 28
1,0 25 35 45 55 65 75 85
1,5 60 75 95 110 130 150 170
2,0 105 145 180 220 250 290 330
2,5 175 225 280 325 380 430 480
3,0 230 370 400 465 540 710 790
Les consommations d’air indiquées dans le tableau sontexprimées en l/min.
110
Besoins en air comprimé
∅∅∅∅∅ Pression de travail [ bar ]
buses Jet plat et large
[ mm ] 2 3 4 5 6 7 8
0,5 100 115 135 160 185 – –
0,8 110 130 155 180 225 – –
1,0 125 150 175 200 240 – –
1,2 140 165 185 210 250 – –
1,5 160 180 200 225 260 – –
1,8 175 200 220 250 280 – –
2,0 185 210 235 265 295 – –
2,5 210 230 260 300 340 – –
3,0 230 250 290 330 375 – –
Les consommations d’air indiquées dans le tableau sontexprimées en l/min..
Les consommations d’air indiquées dans le tableau sontexprimées en l/min..
∅∅∅∅∅ Pression de travail [ bar ]
buses Jet rond
[ mm ] 2 3 4 5 6 7 8
0,5 75 90 105 – – – –
0,8 85 100 120 – – – –
1,0 95 115 135 – – – –
1,2 110 125 150 – – – –
1,5 120 140 155 – – – –
7.1.1.2 Consommation d’air comprimé
des pistolets à peinture
La peinture appliquée au moyen d’un pistolet à peinture doitêtre régulière et ne pas produire de gouttes. C’est pourquoi lesbuses des pistolets à peinture sont conçues pour un débit àexpansion sans turbulences à vitesse de sortie élevée. Laconsommation d’air comprimé est par conséquent largementsupérieure à celle constatée sur les buses cylindriques.
La consistance et la quantité de peinture à appliquer déterminela pression de travail et le diamètre des buses du pistolet àpeinture. Ces deux valeurs influencent dans une large mesurela consommation d’air comprimé.
Les pistolets à peinture sont équipés de différentes buses. Ellespeuvent être plates, larges et rondes. Les diverses formes debuses influencent l’application de la peinture. Elles sedifférencient également au niveau de la consommation d’aircomprimé. La forme du jet peut être réglée sur la majorité despistolets à peinture.
Le tableau suivant fournit des valeurs de référence relatives àla consommation d’air comprimé des pistolets à peinture enfonction de la pression de travail, du diamètre de buse et de lapuissance du jet :
Figure7.2 :Pistolet à peinture avec réservoir
111
Besoins en air comprimé
7.1.1.3 Consommation d’air comprimé
des buses de pulvérisation
∅∅∅∅∅ Pression de travail [bars]
buses
[mm] 2 3 4 5 6 7 8
3,0 300 380 470 570 700 – –
4,0 450 570 700 840 1000 – –
5,0 640 840 1050 1270 1500 – –
6,0 920 1250 1600 1950 2200 – –
8,0 1800 2250 2800 3350 4000 – –
10,0 2500 3200 4000 4800 6000 – –
Lors de la vaporisation, le produit à vaporiser doit arriver sur lapièce avec une grande énergie cinétique, c’est-à-dire à grandevitesse. Ceci représente une condition pour obtenir l’effet detravail souhaité.
Les buses sont donc conçues pour résister à des vitesses desortie de l’air comprimé très élevées. Il en résulte uneconsommation d’air comprimé comparativement élevée.
Le tableau suivant fournit des valeurs de référence relatives àla consommation d’air comprimé des buses de pulvérisationen fonction de la pression de travail et du diamètre de buse :
Les consommations d’air indiquées dans le tableau sontexprimées en l/min.
112
Besoins en air comprimé
7.1.2 Consommation d’air comprimé des
vérins
Les vérins à air comprimé sont surtout utilisés dans le secteurde l’automatisation. Deux types de vérins permettent dedéterminer la consommation d’air comprimé :
– les vérins à action simple utilisent uniquement l’air comprimépour exécuter le déplacement exigé par le cycle de travail.Le cycle de retour est assuré par une force extérieure oupar un ressort.
– les vérins à action double se servent de l’air comprimé pourexécuter un déplacement dans les deux sens. Une forceest exercée pour les deux courses. La consommation d’aircomprimé est deux fois plus élevée.
La consommation d’air comprimé q pour les cylindres à aircomprimé est calculée au moyen de la formule suivante :
q = Consommation d’air comprimé (1 barabs
et 20°C) [l/min]
d = Diamètre du piston [dm]
H = Longueur de la course du piston (course) [dm]
p = Pression de service [barabs
]
a = Cycles de travail par minute [1/min]
b = 1 : vérins à action simple2 : vérins à action double
Exemple
Un vérin à action simple dont le piston présente un diamètre de100 mm doit fonctionner à une pression de service de 7 bar
abs.
La course du piston est de 120 mm, 47 cycles de travail sontexécutés par minute.
Ce vérin à air comprimé consomme approximativement 336
litres d’air comprimé par minute.
12 ́ pq = ———— ´ 1,3 ´ 7 ´ 47 ´ 1
4
q = ca. 336 l/min
d2 × π× π× π× π× πq = ———— ××××× H ××××× p ××××× a ××××× b
4
d = 100 mm =̂ 1 dm
H = 130 mm ^̂= 1,3 dm
p = 7 barabs
a = 47
b = 1
Figure 7.3 :Système de serrage avec vérin pneumatique
113
Besoins en air comprimé
7.1.3 Consommation d’air comprimé
des outilsDans l’industrie et l’artisanat, les outils à air comprimé fontpartie des consommateurs d’air comprimé les plus utilisés. Ilssont présents presque partout en grand nombre.
Ils nécessitent généralement une pression de 6 bar. Selon leurdomaine d’emploi et leur puissance, d’autres pressions detravail seront utilisées. Dans ce cas, la consommation d’aircomprimé diverge également des valeurs indiquées dans letableau.
Le tableau suivant fournit des valeurs à titre indicatif relativesà la consommation d’air comprimé de certains consommateurs.Elles peuvent diverger des données fournies par lesconstructeurs, car il s’agit uniquement de valeurs moyennes.
Perceuse forets jusqu’à 4 mm ∅ 2004 à 10 mm ∅ 200 à 450
10 à 32 mm ∅ 450 à 1750
Tournevis M3 180M4 à M5 250M6 à M8 420
Tournevis àpercussion M10 à M24 200 à 1000
Ponceuse d’angles 300 à 700
Ponceuse à 1/4 feuille 250vibrations 1/3 feuille 300
1/2 feuille 400
Ponceuse à bande 300 à 400
Meuleuse portative Pinces de serrage 6 à 8 mm ∅ 300 à 10008 à 20 mm ∅ 1500 à 3000
Agrafeuse, 10 à 60machine à agrafer
Appareil Consommation d’air
Pression de travail 6 bars
[l/min.]
Figure 7.4 :Tournevis à percussion pneumatique
114
Besoins en air comprimé
Appareil Consommation d’air
Pression de travail 6 bar [ l/min ]
Cloueur 50 à 300
Scie sauteuse (bois) 300
Ciseau à plastique et textiles 250 à 350
Cisaille à tôles 400 à 900Biseauteuse (bois et plastique) 250 à 400Chanfreineuse (phases des points de soudure) 2500 à 3000
Machine à décaper la rouille 250 à 350
Dérouilleur à aiguilles 100 à 250
Marteau universel léger 150 à 380Marteau à river, marteau burineur et marteau à mater 200 à 700Marteau piqueur et marteau de démolition léger 650 à 1500Marteau piqueur et marteau de démolition lourd – 3000Marteau-bêche 900 à 1500Marteau perforateur 500 à 3000
Pilon (fonderies) 400 à 1200Pilon (béton et terre) 750 à 1100Agitateur (intérieur et extérieur) 500 à 2500
115
Besoins en air comprimé
7.2 Détermination de la
consommation d’air
comprimé
Il ne suffit pas d’additionner la consommation d’air comprimédes différents consommateurs d’air pour déterminer les besoinsd’un réseau d’air comprimé. Il faut également tenir compte decertains facteurs qui influencent la consommation d’aircomprimé.
La majorité des appareils pneumatiques, tels que par exempleles outils, les pistolets à peinture et les pistolets de soufflage,ne sont pas utilisés en continu. Ils sont déclenchés et arrêtésen fonction des besoins. Il est donc important de déterminer ladurée de fonctionnement DF moyenne pour obtenir uneestimation exacte des besoins en air comprimé.
La formule suivante permet de définir la durée defonctionnement DF moyenne :
Exemple
Un tournevis semi-automatique fonctionne environ 25 minutesen une heure.
25DF = ——— x 100 %
60
DF = 41,6 %
La durée de fonctionnement DF du tournevis est de 41,6 %.
La durée de fonctionnement DF de certains consommateursd’air courants est indiquée dans le tableau ci-dessous. Lesvaleurs se basent sur des valeurs empiriques générales etpeuvent fortement diverger dans des cas d’utilisation spéciaux.
7.2.1 Durée de fonctionnement moyenne
Consommateur d’air Durée de fonct. moyenne
Perceuse 30 %Ponceuse 40 %Marteau piqueur 30 %Pilon 15 %Machine à mouler 20 %Pistolet de soufflage 10 %Machine à équiper lesplaques imprimées 75 %
Tu
DF = ——— x 100 %T
r
DF = durée de fonctionnementmoyenne [%]
Tu
= Temps d’utilisation [min.]T
r= Temps de référence [min.]
TE
= 25 min.
TR
= 60 min.
Figure 7.5Durée de fonctionnement moyenne
On
Off
116
Besoins en air comprimé
7.2.2 Facteur de simultanéité Le facteur de simultanéité f est une valeur empirique basée surl’expérience acquise dans le domaine des appareilspneumatiques qui ne sont pas utilisés simultanément. Le facteurde simultanéité f est un multiplicateur qui permet d’adapter laconsommation théorique absorbée par un certain nombre deconsommateur aux conditions réelles.
Le tableau ci-dessous fournit des valeurs généralementreconnues pour le facteur de simultanéité f :
Nombre de consommateurs Facteur de simultanéité f
1 1,00
2 0,94
3 0,89
4 0,86
5 0,83
6 0,80
7 0,77
8 0,75
9 0,73
10 0,71
11 0,69
12 0,68
13 0,67
14 0,66
15 0,64
Le facteur de simultanéité est appliqué aux appareilspneumatiques suivants :
– buses non automatiques décrites au chapitre 7.1.2
– outils pneumatiques non automatiques décrits auchapitre 7.1.3
– machines-outils, automates de production et machinessimilaires, lorsqu’aucun autre équipement n’est spécifié.
Figure 7.6 :Alimentation de plusieurs consommateurs par unréseau d’air comprimé
117
Besoins en air comprimé
7.2.3 Définition des besoins en air
comprimé
On sépare les consommateurs en deux groupes pour déterminerl’ensemble de la consommation d’un réseau d’air comprimé :
– consommateurs d’air comprimé automatiques
– consommateurs d’air comprimé généraux
Le groupe de consommateurs comprend les vérinspneumatiques automatiques, les machines à fonctionnementcontinu et les cycles de travail prolongés nécessitant de l’aircomprimé. Leur consommation individuelle q doit êtreconsidérée dans le calcul des besoins.
7.2.3.1 Consommateurs d’air comprimé
automatiques
Consommateurs d’air comprimé automatiques Pression de Quantité Consom.
travail individuelle Q x q
[bars] Q [unités] q [l/min.] [l/min.]
Vérin à air comprimé automatique 6 2 336 672
Machine de chantier 5 1 310 310
Total TQ d’air comprimé exigé par tous les consommateurs automatiques [l/min.] ΣΣΣΣΣ 982 l/min.
118
Besoins en air comprimé
7.2.3.2 Consommateurs d’air comprimé
généraux
La plupart des cycles de travail ne durent qu’un certain temps.Une durée de fonctionnement DF moyenne peut être déterminéepour ces opérations. De plus, ces consommateurs ne sontgénéralement pas utilisés simultanément.
La durée de fonctionnement DF moyenne et le facteur desimultanéité f sont utilisés pour les consommateurs générauxen tant que multiplicateurs réducteurs lors du calcul.
Consommateurs d’air généraux Pression de Durée de Quantité Consom. Q x q x DU / 100
travail fonction. individuelle
[bars] DF [%] Q [unités] q [l/min.] [l/min.]
Pistolet à peinture ∅ 1,5 mm 3 40 1 180 72
Pistolet de soufflage ∅ 1,0 mm 6 10 3 65 19,5
Tournevis à percusion M10 6 20 3 200 120
Perceuse jusqu’à ∅ 20 mm 6 30 1 700 210
Ponceuse d’angles 6 40 2 500 400
Total T de la consommation d’air des consommateurs généraux [l/min.] ΣΣΣΣΣ 821,5
Facteur de simultanéité f 0,71
Consommation d’air Tf des consommateurs généraux T
f = f x T [l/min.] 583,3
La consommation totale d’air comprimé théorique T est lasomme de la consommation des appareils automatiques etgénéraux.
La consommation totale d’air comprimé ne peut cependant pasêtre considérée pour dimensionner le compresseur et lescanalisations. Pour ce faire, il faut également tenir compte decertains facteurs supplémentaires.
7.2.3.3 Consommation d’air comprimé to-
tale
T = TQ + T
f
T = 982 + 583,3
T = 1565,3 l/min. = 1,57 m³/min.
119
Besoins en air comprimé
7.2.4 Suppléments pour pertes
et réserves
Divers facteurs doivent être également pris en compte pourcalculer le débit réel nécessité par un compresseur à partir dela consommation totale d’un cer tain nombre deconsommateurs.
Pertes p [ % ]
Les pertes p dues aux fuites et au frottement surgissent danstoutes les sections du système d’air comprimé. Sur lessystèmes d’air comprimé neufs, 5% du débit total sont mis aucompte des pertes. Avec l’âge, les pertes dues aux fuites etau frottement augmentent généralement dans le système d’aircomprimé. On peut ainsi constater des pertes atteignant 25%sur les réseaux âgés.
Réserves r [ % ]
Un système d’air comprimé est dimensionné en fonction de laconsommation d’air comprimé estimée au moment del’installation. L’expérience démontre que, la consommation necessant d’augmenter, il est conseillé de tenir compte desextensions du réseau à moyen et long terme pour dimensionnerle compresseur et la conduite principale. Une extensionultérieure provoquera sinon des frais inutiles. En fonction desperspectives, il faudra prévoir une réserve r de 100%.
Marge d’erreurs m [ % ]
La consommation d’air comprimé estimée n’est pas toujoursexacte, malgré un calcul préalable soigneux. Il est rarementpossible de déterminer une valeur exacte en raison de conditionsmarginales généralement obscures. Si l’envergure du systèmed’air comprimé est insuffisante, il faudra l’agrandir plus tard enengageant des frais (périodes d’arrêt). Il est conseillé de compteravec une marge d’erreur m de 5 à 15%.
Pour calculer le débit nécessaire DN, on ajoute 5% pour les
pertes, 10% pour les réserves et 15% pour la marge d’erreursà la consommation totale déterminée T.
Le débit DN nécessaire pour alimenter correctement les
consommateurs d’air représente approximativement 2035 l/min.Cette valeur constitue la base du dimensionnement ducompresseur et de la conduite principale.
T = 1826 l/min
p = 5 %
r = 10 %
m = 15 %
T x ( 100 + p + r + m )D
N= ———————————
100
1565 x ( 100 + 5 + 10 + 15 )D
N= —————————————
100
DN
= 2035 l/min. = 2,04 m³/min.
Suppléments [%]
Pertes 5 à 25
Réserves 10 à 100
Marges d’erreurs 5 à 15
7.2.5 Débit nécessaire DN
120
Besoins en air comprimé
7.3 Pertes d’air comprimé La perte d’air comprimé est l’air consommé dans le réseau dedistribution sans qu’aucun travail ne soit exécuté. Dans lescas les plus défavorables, ces pertes peuvent atteindre 25%du débit total du compresseur.
Les origines des pertes sont nombreuses :
– soupapes non étanches
– raccords à vis et à brides non étanches
– soudures et points de soudure non étanches
– tuyaux et raccords de tuyaux défectueux
– électrovannes défectueuses
– évacuateurs à flotteur bloqués
– sécheurs, filtres et équipements de maintenance malinstallés
– conduites corrodées
Dans un réseau de distribution, les fuites agissent à la manièrede buses par lesquelles l’air comprimé s’échappe à grandevitesse. Ces fuites représentent des consommateurs continus,car de l’air comprimé s’échappe 24 heures sur 24. L’énergienécessaire pour compenser les pertes d’air comprimé estconsidérable. Les pertes ne provoquent pas de préjudicesphysiques, mais les frais qui en résultent ont une influencenéfaste sur l’efficacité du système pneumatique.
Un exemple permet de démontrer l’importance de ces frais
supplémentaires :
75 l/min. = 4,5 m³/h s’échappent d’un réseau délivrant 8 bar parun orifice de 1 mm de diamètre. Le moteur doit délivrer unepuissance de 0,6 kW pour générer ce débit. A 0,25 DM parkWh, on obtiendra, selon le rendement du moteur et pour 8000heures de fonctionnement, des frais supplémentaires de 1350 DMenviron par an.
7.3.1 Frais provoqués par les pertes d’air
comprimé
Fuite Quantité d’air qui Pertes
∅ d’orifice s’échappe à 8 bars
Energie Pécun.
[mm] Taille [l/min.] [kW] [DM/A ]
1 75 0,6 1350
1,5 150 1,3 2900
2 260 2,0 4300
3 600 4,4 10200
4 1100 8,8 20300
5 1700 13,2 31100
121
Besoins en air comprimé
7.3.2 Détermination du volume de fuite Le premier pas à effectuer pour minimiser les pertes d’aircomprimé est de déterminer le volume de fuite V
F. Deux
procédés sont utilisés pour ce faire :
La manière la plus simple utilisée pour déterminer le volume defuite V
Fconsiste à vider le réservoir d’air comprimé.
La conduite d’alimentation du réservoir d’air comprimé estfermée. Tous les consommateurs d’air comprimé reliés auréseau doivent être arrêtés. La pression du réservoir p
D baisse
en raison de la fuite à la pression pF. La période t est mesurée.
La formule suivante permet de calculer approximativement levolume de fuite V
F :
VF
= Volume de fuite [l/min.]
VR
= Volume du réservoir [l]
pD
= Pression de départ du réservoir [bars]
pF
= Pression finale du réservoir [bars]
t = Période mesurée [min.]
Exemple
Un réservoir d’air comprimé installé dans un important systèmede conduites possède un volume 1000 l. La pression du réservoirdescend de 8 à 7 bar
sen 2 minutes.
Le volume de fuite du système d’air comprimé représente environ500 l/min.
Remarque
Cette méthode ne peut être employée que pour les systèmesd’air comprimé dans lesquels le volume du réseau de conduitesn’excède par 10% de celui du réservoir. La mesure est sinontrop imprécise.
1000 x ( 8 - 7 )V
F= ———————
2
VF
= 500 l/min
7.3.2.1 Détermination des fuites
en vidant le réservoir
VR
VF
pD
pF
VR
= 1000 l
pD
= 8 bar
pF
= 7 bar
t = 2 min.
VR x ( p
D - p
F)
VF
= ———————t
①①①①①
122
Besoins en air comprimé
7.3.2.2 Détermination des fuites par
mesure de la durée de
fonctionnement
La deuxième méthode permettant de déterminer le volume defuite V
Fconsiste à mesurer la durée de fonctionnement du
compresseur. Cette méthode ne peut être employée que surles compresseurs qui fonctionnent de manière intermittente ouen marche à vide.
Tous les consommateurs branchés sur le réseau sont arrêtés.La fuite provoque une consommation d’air comprimé et lapression baisse. Le compresseur doit compenser ce volumede fuite.
Une période de fonctionnement totale ΣΣΣΣΣ t du compresseur estmesurée sur une période T. Pour obtenir un résultat réaliste, lapériode de mesure T doit comprendre au moins 5 démarragesdu compresseur.
La formule suivante permet de déterminer approximativementle volume de fuite V
F :
VF
= Volume de fuite [l/min.]
D = Débit du compresseur [m³/min.]
Σ t = Durée de fonct. totale du compresseur [s]Σ t = t
1 + t
2 + t
3 + t
4 + t
5
T = Durée de la mesure [s]
D ××××× ΣΣΣΣΣ t ××××× 1000V
F= ———————
T
m³/min x s x 1000 ll/min = ——————————
s x m³
Exemple
Un compresseur délivrant un débit réel D de 1,65 m³/min.déclenche cinq démarrages pendant une duréeT = 180 secondes. La durée de fonctionnement totale ΣΣΣΣΣ t estde 30 secondes au cours de la durée de mesure T .
Le volume de fuite du système d’air comprimé est de 275 l/min.
environ.
1,65 ́ 30 ´ 1000V
F= ———–————
180
VF
= 275 l/min
D = 1,65 m³/min
Σ t = 30 s
T = 180 s
[Temps]
[Temps]
123
Besoins en air comprimé
7.3.4 Mesures à prendre pour limiter
les pertes d’air comprimé
Les pertes d’air comprimé sont malheureusement inévitablesdans la majorité des systèmes pneumatiques. Les fraissupplémentaires dus aux fuites réduisent grandement l’efficacitédu système d’air comprimé. Les mesures qu’il est possibled’adopter pour limiter ces pertes provoquent également desfrais. Ces coûts dépasseront cependant un jour les économiesréalisées sur le plan de la réduction des pertes d’air comprimé.L’objectif sera donc de stabiliser les pertes d’air comprimé à unniveau acceptable.
On en déduit les volumes de fuites acceptables sur le planéconomique suivants :
– max. 5 % sur les petits réseaux
– max. 7 % sur les réseaux moyens
– max. 10 % sur les gros réseaux
– max. 13 - 15 % sur les très gros réseauxpar ex. fonderies, aciéries, chantiers navals, etc.
Il doit être demandé aux employés de signaler les fuites et lesdommages constatés sur le réseau auprès des servicesresponsables. Ces dommages doivent être réparésimmédiatement. Une remise en état du réseau d’air comprimésera généralement inutile s’il est entretenu régulièrement. Lespertes d’air comprimé resteront dans un cadre acceptable.
Fuites
Il est généralement relativement facile de repérer les fuites.L’air qui s’échappe devient audible dès que la fuite prendcertaines dimensions.
Il est difficile de trouver les petites et très petites fuites. Il n’estgénéralement pas possible de les localiser à l’oreille. Dans cecas, un produit de test de l’étanchéité ou de l’eau savonneusesont appliqué sur les raccords, les dérivations, les vannes,etc. Des bulles se forment aussitôt aux endroits qui ne sontpas étanches.
7.3.3 Limite des volumes de fuites
124
Besoins en air comprimé
7.3.5 Remise en état d’un réseau d’air
comprimé
Si les fuites qui sévissent dans un réseau d’air comprimédépassent excessivement les valeurs spécifées dans lechapitre 7.3.3, il faut envisager de remettre le réseau en état.
Il est nécessaire d’adopter les mesures énumérées ci-dessouspour limiter les pertes d’air comprimé lorsque le réseau estremis en état.
– Serrer et refaire l’étanchéité des raccords non étanches.
– Remplacer les soupapes et les coulisseaux nonétanches.
– Remplacer les tuyaux et les raccords de tuyaux nonétanches.
– Souder les points de fuites sur les conduites.
– Moderniser les évacuateurs de condensat.Remplacer les évacuateurs à flotteur mécaniques et lesélectrovannes commandées par minuterie par desévacuateurs de condensat à réglage de niveau.
– Moderniser le traitement de l’air comprimé.Libérer l’air comprimé des impuretés nuisibles telles quel’eau, l’huile et la poussière.
– Vérifier les électrovannes.Installer si possible des vannes à fermeture normale.
– Purger ou remplacer les conduites âgées.Le diamètre intérieur des tuyaux anciens est souvent réduiten raison des dépôts, provoquant une chute de pression.
– Vérifier les accouplements et les raccords de tuyaux.Les réductions de section provoquent des chutes depression.
– Réduction intermittente du réseau.Isoler les sections inutilisées des gros réseaux au moyende robinets-vannes.
125
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8. Détermination de la taille de la station de
compresseurs
Lorsque l’on installe une station de compresseurs, la premièredécision à prendre consiste à choisir le type de compresseur.Les compresseurs à vis ou à pistons représentent le bon choixdans la majorité des domaines d’applications.
Les compresseurs à vis sont particulièrement conseillés danscertains domaines d’applications.
– Longue durée de fonctionnement DF
Les compresseurs à vis sont particulièrement indiquéslorsque l’on est en présence d’une consommation d’aircontinue sans charges de pointe importantes (DF = 100 %).Ils sont particulièrement appropriés en tant qu’équipementde charge de base dans des systèmes de compresseurs.
– Débits élevésLe compresseur à vis est la variante la plus économiquelorsque des débits importants sont demandés.
– Débit exempt de pulsationsLa compression régulière des compresseurs à vis permetde les utiliser pour alimenter des consommateurs sensi-bles.
– Les compresseurs à vis fonctionnent économiquement à despression de compression finale de 5 à 14 bar.Les étages de pressions maximales p
max pour les
compresseurs à vis sont généralement de 8, 10 et 13 bar.
Les compresseurs à pistons ont également leurs domainesd’applications spéciaux. Ils complètent parfaitement ceux descompresseurs à vis.
– Besoins intermittentsLes compresseurs à pistons sont appropriés pour uneconsommation d’air comprimé fluctuante et présentant despics de charge. Ils peuvent être utilisés en tant qu’équipementde charge de pointe dans un système de compresseurs.Les compresseurs à pistons représentent le bon choixlorsque les charges varient fréquemment.
– Faibles débitsLes compresseurs à pistons fonctionnent pluséconomiquement que les compresseurs à vis lorsque defaibles débits sont nécessités.
– Les compresseurs à pistons peuvent compresser à despression finales élevées.Les étages de pressions maximales p
max des compresseurs
à pistons sont généralement de 8, 10, 15, 30 et 35 bar.
8.1 Le type de compresseur
8.1.1 Compresseurs à vis
8.1.2 Compresseurs à pistons
Figure 8.2 :Compresseur à piston BOGE sur cuve horizontale
Figure 8.1Compresseur à vis BOGE, série S
126
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.2 Pression maximale pmax
Lorsque l’on a déterminé la taille d’un compresseur équipé d’unréservoir d’air et d’un dispositif de traitement de l’air comprimé,l’étape suivante consiste à définir la pression maximale p
max.
La conception (pmax
- pmin
) de la commande du compresseur, lapression de travail maximale des consommateurs d’aircomprimé et la somme des pertes de pression dans le réseausont les éléments de base permettant de calculer la pressionmaximale (pression d’arrêt p
max).
La pression du réservoir, qui oscille entre pmin
et pmax
, doittoujours être plus élevée que la pression de travail desconsommateurs. Des pertes de pression interviennent toujoursdans un système d’air comprimé. Il faut donc tenir compte despertes de pression causées par les différents composants dusystème.
On considèrera les valeurs suivantes pour déterminer la pressiond’arrêt p
max :
– Réseaux d’air comprimé normaux ≤≤≤≤≤ 0,1 bar
Le réseau d’air comprimé devrait être conçu de manière àce que la somme des pertes de pression ∆∆∆∆∆p de la totalitédu réseau de conduites n’excède pas 0,1.
– Grands réseaux d’air comprimé ≤≤≤≤≤ 0,5 bar
Dans le cas des réseaux d’air comprimé largement ramifiés,dans les mines, les carrières ou les grands chantiers parexemple, une chute de pression ∆∆∆∆∆p atteignant 0,5 bar estadmissible.
– Traitement de l’air par un sécheurSécheur d’air comprimé à diaphragme avec filtre ≤≤≤≤≤ 0,6 bar
Sécheur d’air comprimé par réfrigération ≤≤≤≤≤ 0,2 bar
Sécheur d’air comprimé par adsorption avec filtre ≤≤≤≤≤ 0,8 bar
– Traitement de l’air comprimé par filtre et séparateur.Séparateur centrifuge ≤≤≤≤≤ 0,05 bar
Filtre en général ≤≤≤≤≤ 0,6 bar
La chute de pression ∆∆∆∆∆p due au filtre augmente en coursd’utilisation en raison de l’encrassement. La limite deremplacement du filtre est indiquée.
– Conception du compresseurCompresseurs à vis 0,5 - 1 bar
Compresseurs à pistons pmax
- 20 %
– RéservesIl se produit toujours des pertes de pression imprévisiblesdans le système d’air comprimé en cours de service. Il estpar conséquent conseillé de planifier des réserves depression suffisantes afin d’éviter les pertes de rendement.
8.2.1 Facteurs influençant la
pression d’arrêt pmax
Figure 8.3 :Comportement de la pression dans le réservoird’air comprimé
Pression
PRT
PR
127
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.3 Détermination du volume
d’un réservoir d’air comprimé
Les réservoirs d’air comprimé sont utilisés pour stocker l’aircomprimé, amortir les pulsations et évacuer le condensat quise forme dans le système d’air comprimé. Le réservoir d’aircomprimé doit être correctement dimensionné afin de remplirparfaitement sa fonction de stockage de l’air comprimé.
Le volume du réservoir d’air comprimé VR est déterminé en
premier lieu grâce à des valeurs déterminées en pratique. BOGEconseille les rapports suivants entre le débit du compresseurD [l/min.] et le volume du réservoir V
R [l] :
– Compresseurs à pistons VR
= D
Un fonctionnement intermittent sera préféré en raison despropriétés du compresseur.
– Compresseurs à vis VR = D/3
Un fonctionnement régulier sera préféré en raison despropriétés du compresseur.
Lorsque le volume du réservoir d’air comprimé a été déterminé,il faut définir, sur les compresseurs à pistons, la conception ducompresseur, qui résulte de la durée de fonctionnement ducompresseur et des périodes d’arrêt. On obtient ainsi le nombrede démarrages du moteur du compresseur.
Les réservoirs d’air comprimé sont répartis en différentes classesde volumes. Il est conseillé de toujours choisir un réservoirnormalisé afin d’éviter les coûts inutiles d’un modèle fabriquésur mesure.
Pour des raisons de sécurité, la pression maximale du réservoirdoit toujours être au moins supérieure de 1 bar à la compressionmaximale du compresseur. Un compresseur développant 10 barsera par exemple équipé d’un réservoir d’air comprimé supportant11 bar.
Le tableau ci-dessous indique les tailles de réservoirs d’aircomprimé disponibles pour les différentes pressions de service.
8.3.1 Conseils relatifs au volume des
réservoirs d’air comprimé
8.3.2 Série normalisée et pressions de
service pour différentes tailles de
réservoirs d’air comprimé
Figure 8.4 :Réservoir d’air comprimé vertical
Vol. du réservoir Pression de service jusqu’à
d’air comprimé [l] 11 [bar] 16 [bar] 36 [bar]
18 •30 •50 • •80 •150 • • •250 • • •350 • • •500 • • •750 • • •1000 • • •1500 • • •2000 • • •3000 • • •5000 • • •
128
Détermination de la taille de la station de compresseurs
VR
= Volume du réservoir d’air comprimé [m³]
D = Débit du compresseur [m³/min.]
DN
= Débit nécessité [m³/min.]
DC = Démarrages moteur admissibles/h [1/h](voir le chapitre 8.4.3)
pmax
= Pression d’arrêt du compresseur [bars]
pmin.
= Pres. de déclenchement du compr. [bars]
Le volume de stockage optimal du réservoir d’air comprimé d’uncompresseur peut être défini de manière très précise au moyend’une formule.
La formule est idéale lorsque de longues périodes d’arrêt sontplanifiées en mode intermittent. Le volume du réseau d’aircomprimé peut être partiellement incorporé dans le volume duréservoir.
VRD
DN
Figure 8.5 :Compresseur et réservoir d’air comprimé
D ××××× 60 ××××× [ DN/D - ( DN/D )² ]V
R= ——————————
DC × × × × × ( pmax
- pmin
)
8.3.3 Volume du réservoir d’air
comprimé d’un compresseur
Après avoir considéré tous les facteurs présentant une influence,il est conseillé de vérifier la taille du réservoir déterminée enfonction du nombre de démarrages du moteur du compresseur.
Il est évident qu’un compresseur démarrera et s’arrêtera plussouvent si le volume du réservoir V
Rest faible. Le moteur est
davantage sollicité. Au contraire, si le volume du réservoir VR
est important et le débit reste constant, le moteur ducompresseur démarrera moins souvent. Il sera ménagé.
Une formule simple permet de déterminer le volume du
réservoir d’air comprimé
Compresseur à piston Compresseur à vis
VR
= Volume du réservoir d’air comprimé [m³]
D = Débit du compresseur [m³/min.]
15 ou 5 = Facteur constant
DC = Démarrages moteur admissibles/h [1/h](voir le chapitre 8.4.3)
∆p = Différence de pression ON/OFF
D ××××× 15V
R= —-—-—-
DC × × × × × ∆p
D ××××× 5V
R= —-—-—-
DC × × × × × ∆p
129
Détermination de la taille de la station de compresseurs
La fréquence de démarrage moteur est une valeur importantedans un système d’air comprimé. Elle est déterminée pourvérifier si le réservoir d’air comprimé a été bien dimensionné dupoint de vue du débit et de la consommation d’air. Pour ce faire,on calcule la durée de fonctionnement du compresseur t
D et sa
période d’arrêt tA, la fréquence de démarrage résulte de la
somme de ces deux valeurs.
Lors de la période d’arrêt tA du compresseur, les besoins en air
comprimé sont couverts par le volume d’air contenu dans leréservoir d’air comprimé. La pression baisse dans le réservoird’air comprimé, de la pression d’arrêt p
max à la pression de
déclenchement pmin
. Le compresseur ne délivre pas d’aircomprimé pendant cette période.
La formule suivante permet de calculer la période d’arrêt tS du
compresseur :
8.4 Fréquence de démarrage
du compresseur
8.4.1 Durée d’arrêt du compresseur
8.4.2 Durée de fonctionnement du
compresseur
La chute de pression dans le réservoir d’air comprimé estcompensée dès que le compresseur se met en route.Simultanément, les besoins en air comprimé courants sontcouverts. Le débit D est plus élevé que la consommation d’aircomprimé D
N. La pression remonte à p
max dans le réservoir
d’air comprimé.
La formule suivante est utilisée pour calculer la durée defonctionnement t
D du compresseur :
VR
××××× ( pmax
- pmin
)t
A= ———————
DN
tA
= Période d’arrêt du compresseur [min.]
VR
= Volume du réservoir d’air comprimé [l]
DN
= Débit nécessité [l/min.]
pmax
= Pression d’arrêt du compresseur [bars]
pmin
= Pres. de déclenchement du compr. [bars]
VR
××××× ( pmax
- pmin
)t
D= ————–———
( D - DN
)
tD
= Durée de fonct. du compresseur [min.]
VR
= Volume du réservoir d’air comprimé [l]
DN
= Débit nécessité [l/min.]
D = Débit du compresseur [l/min.]
pmax
= Pression d’arrêt du compresseur [bars]
pmin
= Pres. de déclenchement du compr. [bars]
130
Détermination de la taille de la station de compresseurs
Le nombre maximum de démarrages moteur dépend de lapuissance du moteur d’entraînement, qui subira des dommagessi le nombre maximum de démarrages est excédé.
Pour calculer le nombre de démarrages DC du compresseur, ladurée de fonctionnent t
D du compresseur et sa durée d’arrêt t
A
sont additionnées, la durée de référence (60 minutesgénéralement) est ensuite divisée par le résultat.
Si le résultat obtenu excède le nombre de démarragesadmissibles DC, il faut prévoir un réservoir d’air comprimé deplus grandes dimensions.
Une deuxième possibilité consiste à élargir la plage de pression(p
max - p
min).
8.4.3 Détermination du nombre de
démarrages du moteur
60DC = ————
tS + t
L
Puissance du moteur Démarrages moteur admis./h z
[kW] [1/h]
4 à 7,5 30
11 à 22 25
30 à 55 20
65 à 90 15
110 à 160 10
200 à 250 5
DC = Démarrages [1/h]
tD
= Durée de fonctionnement du compr. [min.]
tA
= Durée d’arrêt du compresseur [min.]
Le tableau ci-dessous indique le nombre de démarragesmoteurs admissibles applicables à un moteur électrique surune durée d’une heure et en fonction de la puissance du moteur.
131
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.5.1.1 Calcul de la pression maximale
pmax
Au chapitre 7.2.5, un débit nécessité de DN = 2035 l/min. a été
déterminé pour toute une série de consommateurs. La pressionde travail maximale nécessitée s’élève à 6 bar
s dans cet
exemple. Un compresseur à piston est dimensionné pour cecas d’application.
La pression maximale pmax
du système d’air comprimé doit êtrecalculée. En partant de la pression de travail de tous lesconsommateurs, il faut tenir compte de tous les composantsprésents dans le système d’air comprimé :
– Pression de travail maximale dans le système 6 bars
– Réseau d’air comprimé Pertes de pression 0,1 bar
– Filtre Pertes de pression 0,6 bar
– Sécheur par réfrigération Pertes de pression 0,2 bar
————
Pression minimale dans le réservoir 6,9 bars
La pression de déclenchement pmin
doit toujours êtresupérieure à cette pression.
– Plage de pression du compresseur à piston env. 2 bar
–––––––
La pression d’arrêt pmax
est au moins de 8,9 bars
Pression maximale du compresseur 10 bars
(pression d’arrêt du compresseur)
8.5.1 Exemples de calcul pour
compresseurs à pistons
8.5 Exemples de configurations
de compresseurs
Figure 8.6 :Station de compresseurs comprenant uncompresseur à piston, un réservoir d’air comprimé,un sécheur d’air comprimé par réfrigération et unfiltre
132
Détermination de la taille de la station de compresseurs
Le choix effectué est le suivant :
Compresseur à piston de type RM 4150-213
Pression maximale pmax
: 10 bar
Débit D : 3350 l/min.
Puissance du moteur : 30 kW ⇒ z = 20
8.5.1.2 Détermination de la taille du
compresseur
Figure 8.7 :Compresseur à piston BOGE, type RM 3650-213
Dmin
= DN
/ 0,6
Dmin
= 2035 / 0,6
Dmin
= 3392 l/min
Les compresseurs à pistons sont conçus de manière à disposerde réserves de l’ordre de 40% environ. Ces réserves sont prévuespour faire face à d’éventuelles extensions de service et utiliserle compresseur en mode intermittent. Le mode intermittentcause une usure moindre.
La durée de fonctionnement DF d’un compresseur à piston estde 60%. Les compresseurs à pistons BOGE sont conçus pourune DF de 100% = marche continue. Pour calculer la taille ducompresseur, il faudra par conséquent diviser le débit nécessitéD
N par 0,6 afin d’obtenir le débit minimum D
min délivré par le
compresseur à piston.
8.5.1.3 Volume du réservoir d’air
comprimé
Le volume du réservoir d’air comprimé doit être déterminéconformément aux recommandations de BOGE, débit ducompresseur D = volume du réservoir d’air comprimé V
R. Il faut
également tenir compte des différentes tailles de réservoirs d’aircomprimé standard.
D = 3350 l/min. ⇒⇒⇒⇒⇒ VR
= 3000 l
133
Détermination de la taille de la station de compresseurs
Lorsque le volume du réservoir d’air comprimé a été défini, il estnécessaire de déterminer les périodes de fonctionnement etles périodes d’arrêt afin de vérifier le nombre de démarragesmoteur DC.
La formule suivante permet de calculer les périodes d’arrêt tA
du compresseur :V
R= 3000 l
pmax
= 10 bars
pmin
= 8 bars
DN
= 2035 l/min.
VR
××××× ( pmax
- pmin
)t
A= ———––———
DN
3000 ××××× ( 10 - 8 )t
A= ————————
2035
tA
= 2,95 min.
La formule suivante permet de calculer la durée defonctionnement t
D :
VR
××××× ( pmax
- pmin
)t
D= ————–———
( D - DN
)
3000 ××××× ( 10 - 8 )t
D= —————–———
( 3350 - 2035 )
tD
= 4,56 min.
VR
= 3000 l
pmax
= 10 bars
pmin
= 8 bars
D = 3650 l/min.
DN
= 2035 l/min.
tA
= Durée d’arrêt du compresseur [min.]
VR
= Volume du réservoir d’air comprimé [l]
DN
= Débit nécessité [l/min.]
pmax
= Pression d’arrêt du compresseur [bars]
pmin
= Pres. de déclenchement du compr. [bars]
tD
= Durée de fonctionnement du compr. [min.]
VR
= Volume du réservoir d’air comprimé [l]
DN
= Débit nécessité [l/min.]
D = Débit du compresseur [l/min.]
pmax
= Pression d’arrêt du compresseur [bars]
pmin
= Pres. de déclenchement du compr. [bars]
8.5.1.4 Conception du compresseur
134
Détermination de la taille de la station de compresseurs
Le nombre de démarrages du moteur est calculé à partir de ladurée de fonctionnement du compresseur et de sa durée d’arrêt,et comparé au nombre de démarrages admissibles.
tA
= 2,95 min
tD
= 4,56 min
Puissance moteur 22 kW ⇒ z = 25
60DC = ————
tS + t
L
60DC = ———–——
2,95 + 4,56
DC = 8
8 démarrages du moteur par heure restent largement endessous de la valeur admissible pour un moteur de 30 kW( DC = 20). La taille du réservoir d’air comprimé a été bien choisie.Ses dimensions pourraient même être réduites en raison desgrandes réserves de démarrages moteur.
Remarque
Si la consommation d’air comprimé n’est pas définie de manièreexacte, on peut considérer, lors du calcul du nombre dedémarrages moteur, que la consommation représente 50% dudébit du compresseur. Dans ce cas, les périodes defonctionnement et d’arrêt du compresseur sont identiques. Ilen résulte un nombre maximum de démarrages moteur.
DC = Démarrages moteur [1/h]
tD
= Durée de fonctionnement du compr. [min.]
tA
= Durée d’arrêt du compresseur [min.]
8.5.1.5 Démarrages du moteur du
compresseur
135
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.5.2.1 Exemple de calcul de
la pression maximale pmax
Dans le chapitre 7.2.5, le débit nécessité DN = 2,04 m³/min. a
été calculé pour un certain nombre de consommateurs. Lapression de travail maximale nécessitée s’élève dans cetexemple à 6 bar
s. Un compresseur à vis est dimensionné pour
ce cas d’application.
La pression maximale du compresseur pmax
du système d’aircomprimé doit être calculée. Partant de la pression de travaildes consommateurs, il faudra tenir compte de tous lesconsommateurs raccordés au système d’air comprimé :
– Pression de travail maximale dans le système 6 bars
– Réseau d’air comprimé Perte de pression 0,1 bar
– Filtre Perte de pression 0,6 bar
– Sécheur d’air par réfrigération Perte de pression 0,2 bar
————
Pression minimale dans le réservoir 6,9 bars
La pression de déclenchement pmin
doit toujoursêtre supérieure à cette pression.
– Plage de pression du compresseur à vis 1 bar
–––––––
La pression d’arrêt pmax
est au moins 7,9 bars
Pression maximale du compresseur 8 bars
(pression d’arrêt du compresseur)
La durée de fonctionnement optimale DF d’un compresseur àvis est de 100%. C’est-à-dire que le débit nécessité D
N est
égal au débit minimum Dmin
du compresseur..
DN
= 2,04 m³/min. = Dmin
= 2 m³/min. env.
On choisira :
Compresseur à vis de type S 21
Pression max.pmax
: 8 bar
Débit D : 2,42 m³/min.
Puissance moteur : 15 kW ⇒ z = 25
8.5.2.2 Détermination de la taille du
compresseur
Figure 8.9 :Compresseur à vis BOGE
Figure 8.8 :Station de compresseurs comprenant uncompresseur à vis, un sécheur d’air comprimé parréfrigération, un réservoir d’air comprimé et un filtre
8.5.2 Exemples de calcul pour
compresseurs à vis
136
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.5.2.3 Dimensionnement du
réservoir d’air comprimé
VB
= Volume du réservoir d’air comprimé [m³]
D = Débit de tous les compresseurs [m³/min.]
DN
= Débit nécessité [m³/min.]
DC = Démarrages moteur admissibles [1/h]
pmax
= Pression d’arrêt du compresseur [bars]
pmin
= Pres. de déclenchement du compr. [bars]
Le volume du réservoir d’air comprimé est calculé au moyen dela formule suivante pour les compresseurs à vis. Il faut tenircompte des différentes tailles de réservoirs d’air compriméstandard lors du choix.
VRD
DN
Figure 8.10 :Compresseur et réservoir d’air comprimé
D = 2,42 m³/min
DN
= 2,04 m³/min
DN/D = 0,843
DC = 25 1/h
pmax
= 9 bars
pmin
= 8 bars
D ××××× 60 ××××× [ DN/D - ( DN/D )² ]V
R= ——————————
DC × × × × × ( pmax
- pmin
)
2,42 ××××× 60 ××××× [ 0,843 - 0,843² ]V
R= ——————————————
25 × × × × × ( 9 - 8 )
VR
= 0,77 m³
Volume du réservoir d’air compr. choisi:
VR
= 0,75 m³ = 750 l
Le volume du réservoir d’air comprimé peut être égalementdéterminé conformément aux recommandations BOGE : débitdu compresseur par rapport au volume du réservoir d’aircomprimé V
R = D/3.
D = 2,46 m³/min. ⇒⇒⇒⇒⇒ VR
= 0,82 m³
8.5.2.4 Fréquence de démarrages du
compresseurIl est inutile de contrôler la fréquence de démarrages et lenombre de démarrages moteur max. admissibles sur lescompresseurs à vis BOGE, car le microcontrôleur qui équipe lacommande ARS de BOGE interdit tout dépassement du nombrede démarrages moteurs admissibles.
137
Détermination de la taille de la station de compresseurs
Si une entreprise attend une consommation fluctuante et planifieun agrandissement ultérieur, il faudra prévoir un compresseurqui puisse fonctionner en régime intermittent. Un compresseurà piston est tout indiqué dans ce cas. Si le compresseur doitcouvrir des besoins en air comprimé constants, il sera par contreconseillé d’utiliser un compresseur à vis.
Ces deux types de compresseurs sont disponibles en versionentièrement insonorisée, prêts à être branchés.
Le choix du système approprié ne devrait pas être lié à desquestions financières, car le prix d’achat est rapidement amortilorsque des frais d’exploitation courants sont économisés. Lesfrais d’exploitation courants ne sont pas seulement les fraisénergétiques nécessaires pour générer l’air comprimé, maisaussi les frais de marche à vide.
Les compresseurs à pistons fonctionnent en mode intermittent.Ils ne possèdent pas de ralenti. Les compresseurs à vis, de parleur conception réduite et leur réservoir d’air comprimé dedimensions relativement faibles, doivent passerautomatiquement au ralenti afin d’éviter de nombreux démarragesdu moteur.
La commande ARS favorise toujours le mode intermittent etdes périodes de marche à vide réduites au minimum.
8.5.3 Résumé des critères de choix d’un
compresseur
138
Détermination de la taille de la station de compresseurs
Il est conseillé de toujours respecter la pression de travail desconsommateurs d’air comprimé. Le rendement de ces derniersdiminue de manière disproportionnée lorsque la pression duréseau p
R descend au dessous de la pression de travail.
Dans le tableau ci-dessous, l’exemple d’un outil pneumatiqueet d’un marteau perforateur conventionnels montre que lapression de travail dépend du rendement :
Exemple
Un vérin pneumatique illustre bien les conséquences résultantd’une pression réseau trop faible.
La pression de travail nécessaire n’est plus appliquée sur levérin pneumatique d’un système de serrage. La force de serragedu vérin diminue et la pièce n’est plus maintenue avecsuffisamment de force.
En cours d’usinage sur la machine outil, la pièce se détachedu système de serrage. Il en résulte une destruction de la piècequi risque même de blesser l’opérateur.
Pression Rendement Consom. d’air
réelle relatif comprimé relative
[bar] [%] [%]
au raccord Outil Marteau Outil Marteau
7 120 130 115 120
6 100 100 100 100
5 77 77 83 77
4 55 53 64 56
8.6.1 Rendement et pression de travail
Figure 8.13 :Système de serrage pneumatique
8.6 Remarques relatives à la configuration du
compresseur
Figure 8.11 :Tournevis à percussion à entraînementpneumatique
Figure 8.12 :Marteau piqueur sans vanne
139
Détermination de la taille de la station de compresseurs
Lorsque la pression de travail des différents consommateurspresente de fortes variations, il est nécessaire d’en rechercherla cause.
Certains consommateurs exigeant peu d’air compriménécessitent une pression de travail beaucoup plus élevée qued’autres.Dans ce cas, il est conseillé d’installer une deuxième stationde compresseurs, de moindres dimensions, possédant son pro-pre réseau d’air comprimé et une pression d’arrêt p
max plus
élevée.
La surcompression inutile du volume débité principal du systèmed’air comprimé provoque des frais très élevés. Ces coûtssupplémentaires justifient généralement l’installation d’undeuxième réseau d’air comprimé. Le réseau séparé estgénéralement amorti rapidement grâce à la réduction des fraisd’exploitation.
L’installation d’un compresseur de grandes dimensions estavantageuse lorsque la consommation d’air comprimé est élevéeet sujette à d’importantes variations. Un système composé deplusieurs compresseurs représente une alternative. Une grandesécurité d’exploitation et un rendement élevé parlent en sa faveur.
Un ou plusieurs compresseurs couvrent les besoins de basecontinus en air comprimé (charge de base). Si les besoinsaugmentent, d’autres compresseurs se déclenchent à leur tour(charge moyenne et charge de pointe) jusqu’à ce que le débitcouvre à nouveau les besoins. Lorsque ces derniers diminuent,les compresseurs sont arrêtés les uns après les autres.
Les configurations de compresseurs (débit) formant un systèmede compresseurs sont si variées qu’il est est impossible deformuler des conseils généraux. La configuration choisie dépenddu comportement de pression de tous les consommateursraccordés au réseau.
Avantages
– Sécurité de fonctionnementLes entreprises largement dépendantes de l’air comprimésont en mesure d’assurer leur consommation à tout momentgrâce à un système de compresseurs. Si un compresseurtombe en panne, ou s’il est nécessaire d’effectuer des travauxde maintenance, les autres compresseurs se chargentd’assurer l’alimentation.
– EconomiePlusieurs petits compresseurs parviennent mieux à adapterla consommation d’air comprimé qu’un seul groscompresseur. Les économies réalisées sont substantielles.En mode intermittent, les frais de marche à vide importantsd’un gros compresseur sont remplacés par les faibles coûtsdu compresseur de service du système.
8.6.2 Pression de travail variable
des consommateurs
8.6.3 Systèmes composés de plusieurs
compresseurs
Figure 8.14 :Schéma d’un système composé de plusieurscompresseurs
140
Le réseau d’air comprimé
9. Le réseau d’air
comprimé
9.1 Le réservoir d’air comprimé La taille des réservoirs d’air comprimé est déterminée par ledébit du compresseur, le système de régulation et laconsommation d’air comprimé. Les réservoirs d’air compriméremplissent différentes fonctions au sein du réseau d’aircomprimé.
Le compresseur accumule un volume de stockage dans leréservoir. La consommation d’air comprimé peut êtrepartiellement couverte grâce à ce volume. Le compresseur nedélivre pas d’air comprimé pendant ce temps. Il reste endisponibilité sans consommer de courant. De plus, les différentsprélèvements d’air comprimé dans le réseau sont compenséset les consommations de pointe sont assurées. Le moteur semet plus rarement en route, son usure étant ainsi réduite.
Plusieurs réservoirs d’air comprimé seront éventuellementnécessaires pour accumuler un volume de stockage suffisant.Les très gros réseaux d’air comprimé disposent généralementd’un volume de stockage suffisant. Dans ce cas, il est possiblede choisir des réservoirs d’air comprimé de moindresdimensions.
Le débit pulsant généré par les compresseurs à pistons est dûà leur mode de fonctionnement spécial. Ces variations depression ont une influence négative sur le fonctionnement desdifférents consommateurs. Les équipements de régulation etles dispositifs de mesure en particulier réagissent à un débitpulsant en entraînant des dysfonctionnements. Le réservoir d’aircomprimé est utilisé pour compenser ces fluctuations depression.
Ce phénomène est moins fréquent sur les compresseurs à viscar ils génèrent un débit presque régulier.
9.1.1 Stockage de l’air comprimé
9.1.2 Amortissement des pulsations
Figure 9.1 :Réservoir d’air comprimé horizontal
141
Le réseau d’air comprimé
La compression provoque la transformation de l’humiditécontenue dans l’air sous forme de gouttes d’eau (condensat).Cette eau est généralement transportée par le volume débitédans le réservoir d’air comprimé. L’air comprimé y est stocké.La chaleur, transmise à l’environnement plus froid via la grandesurface du réservoir d’air comprimé, permet à l’air comprimé derefroidir. La plus grande partie du condensat s’amasse sur lesparois du réservoir. Le condensat est récupéré au fond duréservoir et évacué grâce aux évacuateurs de condensatappropriés.
Les réservoirs d’air comprimé vidés sporadiquement peuventrouiller sous l’action du condensat. Il faudra galvaniserentièrement le réservoir d’air comprimé pour lui permettre derésister à la corrosion. Si le condensat est évacué régulièrement,il n’est pas absolument nécessaire de galvaniser le réservoir.La galvanisation est indiquée lorsque le condensat contient uneconcentration élevée en éléments agressifs.
Les réservoirs d’air comprimé ne doivent être utilisés en continuqu’avec des compresseurs fonctionnant en mode intermittent.Les variations de pression ∆∆∆∆∆p ne doivent pas excéder 20 % dela pression de service maximale (pression maximale ducompresseur de 10 bar, ∆p = 2 bar). Dans le cas de variationsplus importantes, des ruptures de fatigue peuvent se produiresur les points de soudure à plus ou moins longue échéance. Leréservoir d’air comprimé doit être alors spécialement conçu pourrésister à une charge pulsatoire.
Il est conseillé d’installer le réservoir d’air comprimé dans unendroit frais. Le condensat s’amasse davantage dans le réservoirsans passer par le réseau d’air comprimé, et donc dans lesystème de traitement de l’air comprimé.
Les réservoirs d’air comprimé doivent être installés de manièreà être accessibles pour effectuer les contrôles réguliers. Il fauten outre que la plaque du constructeur soit visible.
Il est conseillé de poser le réservoir d’air comprimé sur sonpropre socle en laissant un espace suffisant pour les révisions.Il faut également tenir compte du fait que la fondation estsoumise à une contrainte plus importante lors des essais depression, quand le réservoir est rempli d’eau.
Les réservoirs d’air comprimé doivent être installés de manièreà ce que personne ne soit mis en danger. Respecter les zoneset écartements de sécurité nécessaires.
Les réservoirs d’air comprimé et leurs équipements doivent êtreprotégés contre les interventions mécaniques extérieures (lesvéhicules par exemple), afin d’éviter toute détérioration pouvantavoir des conséquences dangereuses sur les employés ou detierces personnes.
9.1.5 Installation des réservoirs d’air
comprimé
9.1.3 Evacuation du condensat
Figure 9.2 :Réservoir d’air comprimé vertical
9.1.4 Exploitation des réservoirs d’air
comprimé
142
Le réseau d’air comprimé
9.1.6 Prescriptions de sécurité
appliquées aux réservoirs d’air
comprimé
Les réservoirs d’air comprimé sont soumis aux directives rela-tives aux réservoirs sous pression, aux règlements techniquesconcernant les réservoirs d’air comprimé et aux règles stipu-lées dans la norme DIN EN. Ces prescriptions relatives à laprévoyance contre les accidents sont prescrites par la législa-tion, il est donc impératif de les respecter. L’exploitant d’unréservoir d’air comprimé a le devoir de s’informer régulièrementsur les règles de prévention contre les accident les plus récen-tes.
Respecter particulièrement les points suivants extraits durèglement de prévoyance contre les accidents :
Les réservoirs d’air comprimés sont répertoriés en groupes selonle § 8 des directives sur les réservoirs d’air comprimé.
( 1 ) Les réservoirs d’air comprimé sont divisés en groupesen fonction de leur pression de service admissible p en bar etdu contenu de la chambre de pression l en litres (le produit ducontenu de pression p ξξξξξ l). Dans le cas de plusieurs chambresde pression séparées les unes des autres, le produit est définipour chacune des chambres de pression.
Groupe I : réservoirs d’air comprimé prévus pour une pressionde service admissible p de 25 bar max., le contenude pression p ξξξξξ l n’excédant pas 200.
Groupe III : réservoirs d’air comprimé prévus pour une pressionde service admissible p de 1 bar max., le produitde contenu de pression p ξξξξξ l excèdant 200 sansdépasser 1000 ( p > 1 bar et 200 < p ξ l ≤ 1000 ).
Groupe IV : réservoirs d’air comprimé prévus pour une pressionde service admissible p de 1 bar max., le produitde contenu de pression p ξξξξξ l excédant 1000 ( p >1 bar et p ξ l > 1000 ).
9.1.6.1 Division en groupes de contrôle
Groupe II
Groupe IV
Groupe III
Groupe I
Groupe II
Pre
ss
ion
de
se
rvic
e p
S [
ba
r]
Volume de la chambre de pression l [dm³]
p××××× l =
1000
p××××× l =
200
p××××× l =
20
Figure 9.3 :Diagramme illustant les différents groupes deréservoirs d’air comprimé
143
Le réseau d’air comprimé
9.1.6.3 Devoir d’enregistrement
et de surveillamce
9.1.6.2 Fabrication des réservoirs d’air
compriméLes „réservoirs d’air comprimé simples non ionisés“ prévus pourune pression de service comprise entre 0,5 et 30 bar desurpression, un produit de contenu de pression p ××××× l atteignant10000, (réservoir jusqu’à 750 l, 11 bar ou 500 l, 16 bar ) et unmanteau cylindrique avec deux embases sont fabriquésconformément à la directive européenne 87/404 CEE. Ils sontaccompagnés du sigle CE et d’une plaque de réservoir. Ilspeuvent donc être utilisés dans tout l’espace européen sanségards supplémentaires relatifs aux prescriptions nationales.
Les réservoirs d’air comprimé dont le produit de contenu depression p ××××× l excède 10 000 doivent être fabriquésconformément aux prescriptions nationales.
Le règlement de prévention contre les accidents stipule que lesréservoirs d’air comprimé doivent être soumis à des contrôles,effectués par des experts ou des agents spécialisés, sur lesite d’installation avant d’être mis en service (TRB 531, § 6 ), età intervalles réguliers après la mise en service. Les réservoirsd’air comprimé doivent être enregistrés auprès des autoritésdes services techniques sur présentation du certificat deréservoir d’air comprimé fourni.
La première vérification a déjà eu lieu en usine avant la livraison.Tous les réservoirs sont soumis à un test de pression hydrauliqueavec de l’eau lorsque le modèle est enregistré. Les réservoirsindividuels, pour lesquels aucun modèle n’est enregistré, doiventêtre contrôlés en présence d’un expert.
Les experts sont définis dans le § 31 des directives allemandessur les réservoirs d’air comprimé. Ce sont
– les employés des services techniques.
– les employés des instituts officiels de test de matériaux.
– les experts détachés par les caisses de prévoyance contreles accidents.
Les experts définis dans le § 32 des directives allemandes surles réservoirs d’air comprimé sont ceux qui,
– en raison de leur formation, de leurs connaissances et del’expérience acquise au cours de leur activité professionnelle,sont en mesure de garantir un contrôle effectuécorrectement.
– possèdent les qualifications requises.
– ne sont soumis à aucunes pressions ou directivesextérieures pendant l’exercice de leurs fonctions.
– disposent de leur propre équipement de contrôle sinécessaire.
– sont en mesure de certifier à l’appui des documentsappropriés qu’ils ont suivi une formation officielle ou reconnuepar l’état et certifient qu’il remplissent les conditionsénoncées sous le premier point.
L’expert doit pouvoir être en mesure de démontrer ses capacitéssur demande de l’autorité compétente.
9.1.6.4 Experts et personnes spécialisées
selon les § 31 et 32 des directives
allemandes sur les réservoirs d’air
144
Le réseau d’air comprimé
9.1.6.5 Inspection des réservoirs d’air
comprimé
L’inspection avant la mise en service et les vérifications àintervalles réguliers des réservoirs d’air comprimé sont soumisesà la juridiction nationale. Dans le § 9 des directives relativesaux réservoirs d’air comprimé, l’inspection doit être effectuéeavant la mise en service. Le § 10 règle les inspectionspériodiques.
Inspection avant la mise en service, § 9
( 1 ) Un réservoir d’air comprimé faisant partie des groupes
III, IV et VII ne peut être mis en service que lorsqu’il a étévérifié par un expert, et que ce dernier a certifié que le réservoirest en parfait état de service.
( 2 ) Un réservoir d’air comprimé faisant partie du groupe I,s’il est utilisé pour stocker des gaz, des vapeurs ou des liqui-des combustibles, caustiques ou toxiques, ou du groupe II,ne peut être mis en service que s’il satisfait aux conditionssuivantes :
1. le fabricant a soumis le réservoir d’air comprimé à un essaide pression et délivré le certificat spécifiant que le réservoira été fabriqué correctement et que le résultat de l’essai depression confirme qu’il satisfait aux exigences demandées.
2. un expert a soumis le réservoir d’air comprimé à un essaide réception et certifié qu’il satisfait aux exigencesdemandées dans le cadre de cet essai.
( 3 ) L’inspection initiale comprend l’inspection préliminaire,l’inspection de construction et un test de pression. L’inspectionfinale comprend le test de service, le contrôle des équipementset la vérification de l’installation.
145
Le réseau d’air comprimé
Inspections périodiques, § 10
( 1 ) Les inspections périodiques stipulées dans le paragraphe4 doivent être réalisées par des experts sur les réservoirs d’aircomprimé faisant partie des groupes IV et VII.
( 2 ) Un réservoir d’air comprimé faisant partie du groupe I,s’il n’est pas utilisé pour stocker des gaz, des vapeurs ou lesliquides inflammables, caustiques ou toxiques, et des groupes
II, III et IV doit être vérifié périodiquement à des intervalles définispar l’exploitant, sur la base des expériences réalisées en fonctiondu mode d’exploitation et du milieu.
( 3 ) Les inspections périodiques consistent à effectuer destests internes et des essais de pression. Si le réservoir estexposé à un échauffement (flamme, gaz d’échappement, sourceélectrique), l’inspection périodique est accompagnée d’essaisexternes, généralement sur les réservoirs d’air comprimé enservice. Les essais internes spécifiés dans la phrase 1 doiventêtre accompagnés ou remplacés par d’autres essais appropriéss’il n’est pas possible d’effectuer la totalité des essais inter-nes. Les essais de pression cités dans la phrase 1 doivent êtreremplacés par des essais non destructifs s’il n’est pas possiblede les réaliser en raison du type de réservoir d’air comprimé, ousi son mode de fonctionnement les rend inutiles.
( 4 ) Les essais internes sur les réservoirs d’air compriméfaisant partie des groupes IV et VII doivent être répétés tousles cinq ans, les essais de pression tous les dix ans, les testsexternes tous les deux ans. L’autorité de contrôle a la libertéde
1. prolonger ces périodes au cas par cas si la sécurité estgarantie par d’autres moyens, ou
2. de raccourcir ces périodes au cas par cas pour assurer lasécurité des employés ou de tierces personnes.
( 10 ) Un réservoir d’air comprimé faisant partie des groupes
IV ou VII ne peut être utilisé à l’issue de la période d’expirationdes essais périodiques que si les essais sont effectués dansles délais impartis, et si l’expert a confirmé, à l’appui desrésultats de l’essai, que le réservoir d’air comprimé satisfaitaux exigences demandées.
( 11 ) Si l’expert constate que le réservoir d’air comprimé nese trouve pas en parfait état, il est demandé à l’autoritéresponsable de prendre une décision.
146
Le réseau d’air comprimé
Les tests réguliers, réalisés aux frais des exploitants, sonteffectués de la manière suivante par des experts ou desprofessionnels :
Test interne (tous les 5 ans)
Le réservoir d’air comprimé est coupé du réseau et n’est plussous pression. L’ouverture d’inspection est ouverte et l’intérieurdu réservoir est soigneusement nettoyé. Les parois métalliquesdoivent être parfaitement propres. L’expert vérifie l’état intérieurdu réservoir et certifie qu’il est en parfait état.
Test de pression (tous les 10 ans)
Le réservoir d’air comprimé est coupé du réseau et n’est plussous pression. Les accessoires de tuyauterie sont dévissés etles ouvertures sont refermées avec des bouchons. Le réservoird’air comprimé est entièrement rempli d’eau, la pompe à mainest raccordée pour le test de pression. Le réservoir d’aircomprimé est ensuite porté à la pression de service au moyende la pompe à main, son étanchéité est vérifiée par l’expert.
Exploitation des réservoirs d’air comprimé, § 13
( 1 ) L’exploitant d’un réservoir d’air comprimé doit s’assurerque le réservoir reste toujours en parfait état de fonctionnement.Il faut en outre qu’il l’utilise correctement, qu’il le contrôle, lesoumette aux opérations de maintenance et d’entretien et prenneles mesures de protection appropriée.
Justificatif d’inspection et liste des réservoirs d’air com-
primé, § 14
( 1 ) La plaquette de l’inspection initiale doit être apposée enévidence sur les réservoirs d’air comprimé.
( 2 ) Lorsqu’un réservoir d’air comprimé faisant partie desgroupes IV ou VII est utilisé, il faut ouvrir un cahier contenantle récapitulatif détaillé des contrôles périodiques etéventuellement des essais extraordinaires effectués par lesexperts. Les certificats délivrés par les experts lors del’inspection initiale et de l’inspection finale, ainsi que lesdocuments correspondants (croquis, attestations sur lesmatériaux et traitement thermique), doivent accompagner lecahier ou le dossier de contrôle.
9.1.6.7 Extraits suplémentaires de la
directive relative aux réservoirs
d’air comprimé
9.1.6.6 Types d’inspections
147
Le réseau d’air comprimé
9.1.7 Accessoires nécessaires sur le
réservoir d’air comprimé
Le réservoir d’air comprimé ne se compose pas uniquement duréservoir en acier. Un certain nombre d’accessoires detuyauterie sont nécessaires pour assurer son fonctionnementet garantir la sécurité exigée.
– PressostatIl permet de commander le compresseur.
– Soupape anti-retourIl faut toujours installer une soupape anti-retour dans laconduite d’alimentation reliant le compresseur au réservoird’air comprimé. Sur les compresseurs à pistons, elle permetd’éviter le refoulement de l’air comprimé dans le compresseurlors des arrêts. Sur les compresseurs à vis, la soupapeanti-retour est intégrée dans le système.
– Soupape de sécuritéL’installation d’une soupape de sécurité sur le réservoir d’aircomprimé est prescrite par la loi. Lorsque la pressionintérieure du réservoir p
R (pression réseau) excède la pression
nominale de 10%, la soupape de sécurité est ouverte pourévacuer la surpression.
– Bride de contrôleLe service technique raccorde un manomètre étalonné surla bride de contrôle.
– ManomètreLe manomètre indique la pression qui règne à l’intérieur duréservoir.
– Robinet de fermeture à boisseauCe robinet isole le réservoir d’air comprimé du réseau d’aircomprimé ou du compresseur.
– Evacuation du condensatDu condensat se produit dans le réservoir d’air comprimé. Ilfaut donc qu’une ouverture appropriée soit disponible pourl’évacuer.
– Ouverture de contrôleL’ouverture de contrôle peut se présenter sous la forme d’unmanchon, d’une bride à trou d’homme ou d’un regard devisite. Elle permet de vérifier et de nettoyer l’intérieur duréservoir. La taille minimum de l’ouverture d’inspection estprescrite par la loi.
– Tuyau haute pressionLe tuyau souple à haute pression relie le réservoir d’aircomprimé au compresseur. Il est utilisé à la place d’un tuyaurigide pour que les éventuelles vibrations produites par lecompresseur ne soient pas transmises au réseau d’aircomprimé, ou pour compenser les écarts de mesure lors duraccordement au réseau d’air comprimé.
Le pressostat, le tuyau souple haute pression et la soupapeantiretour ne sont pas des accessoires typiques aux réservoirsd’air comprimé. Il est cependant judicieux de les monter sur leréservoir.
1
27
4
6
5
8
3
1 = Pressostat2 = Soupape anti-retour ou
robinet d’arrêt à boisseau3 = Soupape de sécurité4 = Bride de contrôle5 = Manomètre6 = Robinet d’arrêt à boisseau7 = Evacuation du condensat8 = Support des accessoires de
tuyauterie9 = Ouverture de contrôle10 = Tuyau haute pression
9
10
Figure 9.4 :Réservoir d’air comprimé et accessoires detuyauterie
148
Le réseau d’air comprimé
9.1.7.1 Soupape de sécurité L’installation d’une soupape de sécurité sur le réservoir d’aircomprimé est prescrite par la loi.
Lorsque la pression pR (pression réseau) qui règne à l’intérieur
du réservoir atteind la pression de service maximale du réservoird’air comprimé (par ex. pression maximale du compresseur de10 bar, pression de service du réservoir 11 bar), la soupape desécurité doit s’ouvrir lentement.
Dès que la pression du réseau atteint 1,1 fois la pression nomi-nale (par ex. pression du réservoir 11 bar, soupape de sécurité12,1 bar), la soupape de sécurité doit s’ouvrir entièrement etévacuer la pression. Il faut s’assurer que la section de l’orificed’évacuation de la soupape de sécurité soit dimensionnée demanière à ce que le débit complet de tous les compresseursraccordés puisse être évacué sans que la pression continue àmonter dans le réservoir.
Le nombre de compresseurs augmente si un réseau d’aircomprimé existant est agrandi ultérieurement. Dans ce cas, ilne faut pas omettre de modifier la soupape de sécurité enconséquence. Si la soupape de sécurité n’est plus en mesured’évacuer le débit total des compresseurs, la pression de serviceaugmente dans le réservoir d’air comprimé. Dans le pire descas, le réservoir d’air comprimé explosera.
Inspection de sécurité
Il est nécessaire de vérifier si la soupape de sécurité est biendimensionnée lorsqu’une station de compresseurs est agrandie.
Le réservoir d’air comprimé est coupé du secteur. Lesmanomètres sont pontés de manière à ce que les compresseursne puissent plus être arrêtés automatiquement.
La pression du réservoir monte jusqu’à ce que la soupape desécurité se déclenche. Il ne faut pas que la pression du réservoirdépasse 1,1 fois la valeur limite (par ex. pression du réservoirde 11 bar, soupape de sécurité de 12,1 bar). Si cela se produit,la soupape de sécurité présente des dimensions insuffisanteset doit être remplacée.
Figure 9.5 :Soupape de sécurité sur la cuve mixte aircomprimé/huile d’un compresseur à vis lubrifié parinjection d’huile
Figure 9.6 :Symbole de la soupape de sécurité
149
Le réseau de distribution
9.2 Le réseau de distribution Un système d’alimentation en air comprimé central nécessiteun réseau de distribution qui soit en mesure d’alimenter lesdifférents consommateurs en air comprimé. Le réseau doitremplir certaines conditions pour garantir le fonctionnementfiable et économique des consommateurs :
– Débit suffisantChaque consommateur du réseau de distribution doit dis-poser à tout moment de la quantité d’air nécessaire à sonfonctionnement.
– Pression de travail suffisanteLa pression de travail nécessaire au fonctionnement desconsommateurs du réseau doit être disponible à tout moment.
– Qualité de l’air compriméLa qualité d’air requise doit être fournie à tout instant àchacun des consommateurs du réseau.
– Faible chute de pressionLa chute de pression dans le réseau de distribution doitrester aussi faible que possible pour des raisonséconomiques.
– Sécurité de fonctionnementL’alimentation en air comprimé doit être assurée avec leplus de sécurité possible. Il ne faut pas que tout le réseausoit immobilisé si une conduite se rompt, lors des opérationsde répartions ou de maintenance.
– Prescriptions de sécuritéLes prescriptions de sécurité en vigueur sur le sited’exploitation doivent être respectées afin d’éviter lesaccidents et les demandes de recours qui en résulteraient.
Un réseau de distribution se compose de plusieurs sections detuyaux. Il est ainsi possible d’établir une liaison optimale entrele compresseur et les consommateurs.
La conduite principale raccorde la station de compresseurs ausystème de traitement de l’air et au réservoir d’air comprimé.Les conduites de distribution sont raccordées à la conduiteprincipale. Cette dernière est dimensionnée de manière à ceque le débit total de la station de compresseurs puisse êtredélivré, aujourd’hui et demain, avec un minimum de chutes depression.
La chute de pression ∆∆∆∆∆p dans la conduite principale ne devraitpas excéder 0,04 bar.
9.2.1 Structure du réseau de distribution
9.2.1.1 La conduite principale
Figure 9.7 :Conduite principale d’un réseau d’air comprimé
Réservoir d’air
Compresseur
Sécheur
Evacuateurdecondensat
Conduiteprincipale
150
Le réseau de distribution
Les conduites de distribution sont posées dans toute l’entrepriseet transportent l’air comprimé à proximité des consommateurs.Elles devraient si possible se présenter sous la forme d’uneconduite périphérique, qui permet d’accroître le rendement etla sécurité de fonctionnement du réseau de distribution.
La chute de pression ∆∆∆∆∆p dans les conduites de distribution nedevrait pas excéder 0,03 bar.
Un circuit périphérique forme un anneau de distribution fermé. Ilest possible d’isoler différentes sections du réseau de conduitessans interrompre l’alimentation en air comprimé d’autres zones.L’alimentation en air comprimé de la majorité desconsommateurs est assurée, même dans le cas de travaux demaintenance, de réparations ou d’extensions.
Lorsque l’alimentation en air comprimé est assurée par unedistribution périphérique, la distance parcourue par l’air compriméest moins importante que dans le cas des conduites dedérivation. La chute de pression ∆∆∆∆∆p est ainsi limitée. Un réseaupériphérique permet d’utiliser deux fois moins de tuyaux et dediviser le débit par deux.
9.2.1.2 Le circuit de distribution -
tuyauterie périphérique
Figure 9.8 :Alimentation en air comprimé via un circuitpériphérique
1 = Compresseur2 = Soupape d’arrêt3 = Réservoir d’air comprimé4 = Evacuateur de condensat5 = Soupape de sécurité6 = Sécheur d’air comprimé7 = Raccordements d’air comprimé
1
3 5
6
2
4
7
Conduiteprincipale
Circuitpériphérique
Conduite deraccordement
151
Le réseau de distribution
Le circuit de distribution est posé dans toute l’entreprise ettransporte l’air comprimé à proximité des consommateurs. Ilpeut se présenter sous la forme de tuyauteries en dérivation.
La chute de pression ∆∆∆∆∆p dans les conduites de distribution dedevrait pas excéder 0,03 bar.
Les tuyauteries en dérivation partent du circuit de distributionou principal et débouchent sur le consommateur. Lesconsommateurs situés à l’écart des autres peuvent être ainsialimentés. Il est également possible de réaliser l’ensemble dela distribution avec des tuyauteries en dérivation. L’avantage decette solution réside dans l’économie de matériau par rapportaux circuits périphériques. Elle a cependant le désavantage deprésenter des dimensions plus importantes que celles de ladistribution périphérique et d’être souvent sujette à des pertesde pression substancielles. Les tuyauteries en dérivation doiventtoujours être séparées du réseau par une soupape d’arrêt. Cecisimplifie les réparations, la maintenance et autres travaux.
Les conduites de raccordement partent des conduites dedistribution et alimentent les consommateurs en air comprimé.Ces derniers exigeant diverses pressions, il faut généralementinstaller une unité de maintenance dotée d’un régulateur depression. La pression du réseau est réduite à la pression detravail du consommateur grâce au régulateur de pression. Lesunités de maintenance (filtre, séparateur, régulateur et huileur)sont inutiles si l’air comprimé est traité.
La chute de pression ∆∆∆∆∆p dans les conduites de raccordementne devrait pas excéder 0,03 bar.
Remarque : les tuyaux DN 25 (1") sont conseillés pour lesconduites de raccordement dans les applications industrielles.Cette taille ne cause aucun désavantage du point de vue descoûts et garantit une parfaite alimentation en air dans la majoritédes cas. Les consommateurs nécessitant jusqu’à 1800 l/min.peuvent être alimentés sans pertes de pressions notablesjusqu’à une longueur de conduite atteignant 10 m.
9.2.1.4 La conduite de raccordement
9.2.1.3 Le circuit de distribution -
tuyauterie en dérivation
1 = Compresseur à vis2 = Soupape d’arrêt3 = Réservoir d’air comprimé4 = Evacuateur de condensat5 = Soupape de sécurité6 = Sécheur d’air comprimé7 = Raccords d’air comprimé
1
3 5
6
2
4
7
Conduiteprincipale
Tuyauterie endérivation
Conduite deraccordement
Figure 9.9 :Alimentation en air via une tuyauterie en dérivation
152
Le réseau de distribution
Les points suivants doivent être respectés lorsque plusieurscompresseurs sont raccordés à une conduite commune.
9.2.1.5 Raccordement à une conduite
commune sur les installations mul-
tiples
1 = Compresseur à vis2 = Séparateur d’eau3 = Evacuateur de condensat4 = Conduite de raccordement5 = Conduite commune
Figure 9.10 :Conduites communes
Conduite d’air comprimé et de condensat commune
1. Conduite commune avec gradient.La conduite commune doit être posée dans le sens ducourant avec un gradient de 1,5 à 2 ‰ environ.
2. Conduite de raccordement venant du haut.La conduite de raccordement doit être reliée à la conduitecommune à partir du haut.
Conduites d’air comprimé communes
3. Séparateur d’eau sur de longues conduites ascendantes.
Lorsque de longues conduites montent vers la conduitecommune, il faut installer un séparateur d’eau à drainageautomatique après le compresseur afin de récupérer lecondensat qui est refoulé.
Conduites de purge communes
Les points 1 et 2 s’appliquent aussi si des conduites depurge sont intégrées dans les conduites communes.
Dans le cas des conduites de purge communes, il fautégalement prévoir un vase d’expansion doté d’un silencieuxde purge.
3
5 4
1 2
1 = Compresseur à vis2 = Compresseur à piston3 = Conduite de raccordement4 = Conduite commune
5 = Vase d’expansion6 = Silencieux de purge7 = Séparateur huile/eau
Air comprimé Condensat
1 1
4 3
1 2
5 6
7
153
Le réseau de distribution
Il est conseillé de poser les conduites d’air comprimé en lignedroite. Si les angles sont indispensables, éviter les raccordscoudés ou en T. Les courbes larges et les pièces en Y sontplus favorables sur le plan du flux et occasionnent une moindrechute de pression ∆∆∆∆∆p. Il est également conseillé d’éviter lesmodifications de sections importantes en raison des grandeschutes de pression qu’elles provoquent.
Séparer les principaux réseaux de distribution en plusieurssections, dotées chacune d’une soupape d’arrêt. Il est trèsimportant de pouvoir isoler certaines parties du réseau, enparticulier pour effectuer des contrôles, des réparations ou destransformations.
Dans les grands réseaux, il sera parfois avantageux d’installerune deuxième station de compresseurs qui alimentera le réseaude distribution à partir d’une zone différente, l’air compriméparcourant ainsi de courtes distances. La chute de pression∆∆∆∆∆p est moins importante.
Les conduites principales et les grosses conduites de distributiondoivent être soudées au moyen de points en V. On évite ainsiles bords acérés et les perles de soudure à l’intérieur des tuyaux.La résistance de flux est réduite dans le tuyau et on évite toutecontrainte superflue sur les filtres et les outils par les résidusde soudure.
9.3 Planification des réseaux de distribution
9.3.1 Conseils de planification généraux
Figure 9.11 :Conditions de flux défavorables : tube en T etcoudé
Figure 9.12 :Conditions de flux favorables, tube en Y et courbe
154
Le réseau de distribution
L’humidité contenue dans l’air se transforme en goutelettes d’eau(condensat) suite à la compression. Si l’air comprimé n’estpas traité dans un sécheur d’air comprimé, la totalité du réseaude conduites contiendra de l’eau.
Il faut donc respecter certaines règles lorsque l’on installe leréseau afin d’éviter d’éventuelles détériorations sur lesconsommateurs d’air comprimé.
– Gradients de températureLes conduites d’air comprimé doivent être posées de manièreà ce qu’il ne puisse pas se produire de refroidissement dansl’écoulement du flux. L’air comprimé doit se réchaufferlentement. Lorsque l’on est en présence d’une humiditéabsolue constante, l’humidité relative baisse. Le condensatne peut plus se former.
– Conduites avec penteLes conduites doivent être posées dans le sens du flux avecune pente de 1,5 à 2 ‰ environ. L’eau condensée dans lesconduites s’écoule ainsi vers le point le plus bas du réseau.
– Conduite principale verticaleLa conduite principale qui se trouve directement derrière leréservoir d’air comprimé devrait s’élever verticalement. Lecondensat qui se forme lors du refroidissement peut ainsirevenir dans le réservoir d’air comprimé.
– Evacuateur de condensatIl faut installer des évacuateurs de condensat à l’endroit leplus bas du réservoir d’air comprimé afin d’évacuer lecondensat.
– Conduites de raccordementLes conduites de raccordement doivent être poséesverticalement dans le sens du flux. Le tuyau doit rester aussidroit que possible afin d’éviter les pertes de charge inutiles.
– Accessoires de tuyauterieIl est conseillé de toujours disposer d’un ensembled’accessoires comprenant un filtre, un séparateur d’eau etun réducteur de pression. Selon le cas d’application, il faudraégalement prévoir un huileur d’air comprimé.
9.3.2 Réseau de distribution
sans sécheur d’air comprimé
Conduites présentant une pentede 1,5 à 2 %
Figure 9.13 :Exemple de pose correcte d’un réseau dedistribution
mal
bien
155
Le réseau de distribution
9.3.3 Réseau d’air comprimé
avec sécheur d’air comprimé
Il est possible de se dispenser des mesures à prendre pour lecondensat dans le réseau lorsqu’un sécheur d’air comprimééquipé du filtre approprié est installé dans le réseau d’aircomprimé.
– ConduitesIl est possible de monter les conduites horizontalement,car il ne se forme pratiquement pas d’eau dans le réseaud’air comprimé. Il est inutile de prendre des mesuresspéciales relatives à la pose des conduites.
– Evacuateur de condensatLes évacuateurs de condensat sont montés uniquement surles filtres, le réservoir d’air comprimé et le sécheur d’aircomprimé.
– Conduites de raccordementLes conduites de raccordement peuvent être raccordéesverticalement vers le bas au moyen de raccords en T.
– Accessoires de tuyauterieIl suffit d’installer des réducteurs de pression sur lesconsommateurs. Il faudra également prévoir un huileur d’aircomprimé selon le cas d’application.
L’installation du réseau d’air comprimé devient ainsi bien moinsonéreuse. L’économie réalisée justifie souvent l’acquisition d’unsécheur d’air comprimé.
156
Le réseau de distribution
9.4 Chute de pression ∆∆∆∆∆p Toute conduite d’air comprimé oppose une résistance à l’aircomprimé. Cette résistance est le frottement interne qui seproduit lors du passage d’un produit liquide ou gazeux. Ellerésulte de l’effet dynamique entre les molécules (viscosité) duproduit entre elles et les parois de la conduite. Cet effet provoqueune perte de pression dans les conduites.
Indépendamment du frottement interne, le type de flux influencela chute de pression dans les conduites. Le déplacement del’air peut intervenir de différentes manières.
Flux laminaire
Le flux laminaire est un courant en couches régulier. Lesmolécules contenues dans l’air comprimé se déplacent encouches parallèles, les unes par rapport aux autres. Ce typede flux présente deux propriétés principales :
– faible chute de pression
– faible transfert de chaleur
Flux turbulent
Le flux turbulent est un courant tourbillonnaire irrégulier. Desdéplacements additionnels sans cesse changeants sesuperposent constamment sur tous les points du courant axi-al. Un petit tourbillon se forme sous l’action mutuelle des voiesde courant. Ce type de flux présente deux propriétés principales:
– chute de pression élevée
– transfert de chaleur important
Le nombre de Reynolds Re permet de définir le type de flux. Ilreprésente le critère du flux laminaire et turbulent. Le nombrede Reynolds Re est influencé par différents facteurs :
– viscosité cinématique de l’air comprimé
– vitesse moyenne de l’air comprimé
– diamètre intérieur du tuyau
Dans un tuyau, le flux reste laminaire jusqu’à ce que le nombrede Reynolds critique Re
crit soit dépassé. Le flux passe alors
dans un état turbulent irrégulier.
Remarque
Normalement, les grandes vitesses de flux provoquant ledépassement de Re
crit ne se produisent pas dans un réseau
d’air comprimé. Le flux dominant dans le réseau est laminaire.Un flux turbulent se produit uniquement aux endroits où l’onobserve des perturbations de courant massives.
La vitesse de flux de l’air comprimé dans les conduites estnormalement de 2 à 3 m/s, et ne doit pas excéder 20 m/s, caril se produit sinon des bruits de courant et un flux turbulent.
9.4.1 Type de flux
Figure 9.14 :Développement du courant et de la vitesse dansun flux laminaire
9.4.2 Nombre de Reynolds Re
Figure 9.15 :Représentation du courant et de la vitesse dans unflux turbulent
vmax
vmax
157
Le réseau de distribution
L’importance de la chute de pression est influencée par différentsfacteurs et diverses circonstances inhérentes au réseau d’aircomprimé :
– longueur de tuyau
– diamètre intérieur du tuyau
– pression dans le réseau de distribution
– branchements et coudes
– étranglements et évasements
– soupapes
– accessoires de tuyauterie et raccords
– filtres et sécheurs
– points de fuites
– qualité de surface des conduites
Il faut tenir compte de ces facteurs lorsque les réseaux d’aircomprimés sont planifiés, d’importantes pertes de pressionpouvant sinon se produire.
Figure 9.16 :Chute de pression dans un réseau
Courb
e 2
D
Courb
e 3
D
Tube e
n T
Réduct
eur
Dér
ivat
ion
Eva
sem
ent
Ra
cco
rd à
bri
de
Fuite
s
Sou
pape
Pre
ssio
n[
bar
]
Longueur [ m ]
Chute de pression
Toute modification dans la pose de la conduite gène le flux del’air comprimé à l’intérieur de la conduite. Le flux laminaire estperturbé et on constate une importante perte de pression.
9.4.3 Chutes de pression dans un réseau
158
Le réseau de distribution
9.5 Dimensionnement
des conduites
Une importance capitale doit être accordée au bondimensionnement des conduites d’un réseau, dans un intérêtpurement économique. Les sections de conduites trop faiblesprovoquent des pertes de pression élevées. Ces pertes depression doivent être compensées par une compression plusélevée afin de garantir les performances des consommateurs.
Les facteurs principaux qui influencent le diamètre intérieur detuyau optimal d
i sont les suivants :
– débit DLe passage d’air maximum est considéré pour déterminerle d
i. Une perte de pression élevée se fera ressentir davantage
lorsque les besoins en air sont au maximum.
– Longueur des conduitesLa longueur des conduites doit être déterminée aussiprécisément que possible. Les accessoires de tuyauterieet les coudes de tuyaux sont inévitables dans un réseauxde conduites. Il faut en tenir compte en planifiant une longueurde tuyau équivalente dans le calcul de la longueur totaledes conduites.
– Pression de serviceOn part de la pression de déclenchement du compresseurp
max pour déterminer le d
i. Lorsque la pression est au
maximum, la chute de pression ∆∆∆∆∆p est aussi au maximum.
La chute de pression ∆∆∆∆∆p dans un réseau de conduitesdéveloppant une pression maximale p
max de 8 bar
s ou plus ne
devrait pas descendre en dessous d’un certain niveau sur sonchemin jusqu’au consommateur :
– réseau de conduites ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,1 bar
Les valeurs suivantes sont conseillées pour les différentessections du réseau de conduites :
– conduite principale ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,04 bar
– conduite de distribution ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,04 bar
– conduite de raccordement ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,03 bar
Dans le cas des réseaux de conduites fournissant des pressionsmaximales moindres (par ex. 3 bar
s), une perte de pression de
0,1 bar représente une perte de pression bien plus élevée quedans un réseau de conduites de 8 bar
s. Une valeur différente
est conseillée dans ce cas pour le réseau de conduites dansson ensemble :
– réseau de conduites ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 1,5 % pmax
9.5.1 Chute de pression maximale ∆∆∆∆∆p
159
Le réseau de distribution
9.5.2 Diamètre nominal des conduites -
comparaison [DN – pouces]
Les tuyaux filetés de poids moyen en acier de constructionuniversel ( DIN 17100 ), tels que ceux fréquemment utilisés pourles réseaux de conduites, sont conformes à la norme DIN 2440.Cette norme prescrit certains étagements du diamètre nominalinterne d
i et différentes nomenclatures. C’est la raison pour
laquelle les accessoires de tuyauterie et les tuyaux ne sontdisponibles que dans les tailles correspondantes.
Les étagements de diamètres nominaux sont égalementapplicables pour d’autres matériaux et standards de tuyaux.
Il est impératif de respecter les diamètres nominaux normaliséslors du dimensionnement des conduites. D’autres diamètresnominaux sont réalisés uniquement sur demande et sont doncparticulièrement onéreux.
Le tableau ci-dessous présente les diamètres nominauxnormalisés en DN (Diamètre Nominal) en mm et en pouces, etles valeurs limites les plus importantes pour les tuyauxconformes à la norme DIN 2440 :
Diamètre nominal du Diamètre Diamètre Section Epaisseur de
tuyau selon DIN 2440 extérieur intérieur intérieure paroi
[pouces] [DN] [mm] [mm] [cm²] [mm]
1/8" 6 10,2 6,2 0,30 2,00
1/4" 8 13,5 8,8 0,61 2,35
3/8" 10 17,2 12,5 1,22 2,35
1/2" 15 21,3 16,0 2,00 2,65
3/4" 20 26,9 21,6 3,67 2,65
1" 25 33,7 27,2 5,82 3,25
1 1/4" 32 42,4 35,9 10,15 3,25
1 1/2" 40 48,3 41,8 13,80 3,25
2" 50 60,3 53,0 22,10 3,65
2 1/2" 65 76,1 68,8 37,20 3,65
3" 80 88,9 80,8 50,70 4,05
4" 100 114,3 105,3 87,00 4,50
5" 125 139,7 130,0 133,50 4,85
6" 150 165,1 155,4 190,00 4,85
160
Le réseau de distribution
9.5.2 Longueur de tuyau équivalente Un des facteurs essentiels utilisés pour dimensionner lediamètre intérieur de tuyau d
i est la longueur du tuyau. Les
conduites ne se composent pas uniquement de tuyauxrectilignes dont la résistance au courant peut être calculéerapidement. Les coudes de tuyaux, les soupapes et autresaccessoires de tuyauterie augmentent sensiblement larésistance du flux dans les conduites. Il est donc indispensablede déterminer la longueur de tuyau L en tenant compte desaccessoires de tuyauterie et des coudes de tuyaux.
Pour simplifier, les résistances au flux des différents accessoiresde tuyauterie et des coudes de tuyaux sont converties enlongueurs de tuyaux équivalentes.
Le tableau ci-dessous indique la longueur de tuyau équivalenteen fonction du diamètre nominal du tuyau et de l’accessoire detuyauterie :
Ces valeurs doivent être ajoutées à la longueur de tuyau réelleafin d’obtenir la longueur de tuyau L effective.
Remarque
Lorsque l’on commence à planifier un réseau de distribution, iln’existe généralement aucune information complète sur lesaccessoires de tuyauterie et les coudes de tuyaux. Pour cetteraison, on calcule la longueur de tuyau L réelle en multipliant lalongueur de tuyau rectiligne par 1,6.
Accessoires de tuyauterie Longueur de tuyau équivalente [m]
Diamètre nominal des tuyaux et accessoires [DN]
DN 25 DN 40 DN 50 DN 80 DN 100 DN 125 DN 150
Soupape d’arrêt 8 10 15 25 30 50 60
Soupape à diaphragme 1,2 2,0 3,0 4,5 6 8 10
Coulisseau d’arrêt 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2,0 2,5
Coude de 90° 1,5 2,5 3,5 5 7 10 15
Arc de 90° R = d 0,3 0,5 0,6 1,0 1,5 2,0 2,5
Arc de 90° R = 2d 0,15 0,25 0,3 0,5 0,8 1,0 1,5
Pièce en T 2 3 4 7 10 15 20
Réducteur D = 2d 0,5 0,7 1,0 2,0 2,5 3,5 4,0
161
Le réseau de distribution
9.5.3 Calcul du diamètre intérieur
du tuyau di
Le dimensionnement du diamètre intérieur de tuyau peut êtrecalculé approximativement au moyen de la formule ci-dessous. Elle est basée sur la pression de service maximalep
max (pression d’arrêt du compresseur), le volume débité
maximum D (débit nécessaire DN) et la longueur de tuyau L.
∆∆∆∆∆p représente la perte de pression que l’on cherche à obtenir.
di
= Diamètre intérieur de la conduite [m]
D = Débit total [m³/s]
L = Longueur de tuyau réelle [m]
∆p = Perte de pression à obtenir [bar]
pmax
= Pression d’arrêt du compreseur [barabs
]
Exemple
Le diamètre intérieur de tuyau di d’une conduite de
raccordement d’air comprimé, pour laquelle on souhaiteobtenir une perte de pression ∆∆∆∆∆p 0,1 bar, doit être calculéau moyen de la formule d’approximation. La pression deservice maximale p
max (pression d’arrêt du compresseur) est
de 8 barabs
. Un débit D de 2 m³/min. s’écoule dans uneconduite de 200 m env.
Le diamètre intérieur des tuyaux fait l’objet d’une normalisationde tailles. On trouve rarement un diamètre nominal quicorresponde exactement au diamètre intérieur calculé. Dansce cas, on choisit le diamètre nominal normalisé qui s’enrapproche le plus.
D = 2 m³/min. = 0,033 m³/s
L = 200 m
∆p = 0,1 bar
pmax
= 8 barabs
1,6 × × × × × 103 ××××× D 1,85 ××××× Ld
i= ——————————
1010 × ∆× ∆× ∆× ∆× ∆p ××××× pmax
5
1,6 × × × × × 103 ××××× 0,0331,85 ××××× 200d
i= ————————————
1010 × × × × × 0,1 ××××× 8
di
= 0,037 m = 37 mm
Diamètre nominal choisi : DN 40
5
162
Le réseau de distribution
9.5.4 Calcul graphique du diamètre
intérieur du tuyau di
Le diamètre intérieur du tuyau di peut être calculé de manière
simple et rapide en utilisant un graphique coté. Les facteursd’influence essentiels restent les mêmes, que l’on utilise laméthode de calcul ou la méthode graphique.
La lecture commence à l’intersection entre le débit D et lapression de service p
max. On suit ensuite les lignes imprimées
en gras dans le sens de la flèche sur l’exemple.
Exemple
Débit D = 2 m³/min.
Longueur de tuyau réelle L = 200 m
Chute de pression ∆p = 0,1 bar
Pression de service pmax
= 8 barabs
Diamètre intérieur de tuyau di
= 38 mm env.
Le diamètre nominal de tuyau sera DN 40
Longueur du tuyau L [m]
Dia
mètr
e in
téri
eu
r d
u tu
yau
di [m
m]
Dé
bit
D [
m³/
min
]
Chute de pression ∆∆∆∆∆p dans le tuyau [bar] Press. de service pmax
[barabs
]
163
Le réseau de distribution
9.5.5 Calcul du diamètre intérieur
du tuyau diau moyen d’un
diagramme en colonnes
La troisième méthode, qui est également la plus simple, utiliséepour déterminer le diamètre intérieur du tuyau d
i est le
diagramme en colonnes. Cette méthode présente cependantdes possibilités très limitées. Le diagramme en colonnes nepeut être employé que si deux conditions sont remplies :
– pression maximale pmax
dans le réseau de 8 bars.
– chute de pression souhaitée ∆∆∆∆∆p de 0,1 bar.
L’utilisation du diagramme en colonnes est des plus simples.
On note le débit maximum D défini et la longueur de tuyauréelle et on se reporte à la ligne ou à la colonne correspondantedans le diagramme. A l’intersection, on peut lire le diamètrenominal de tuyau correspondant.
Exemple
Chute de pression ∆p = 0,1 bar
Pression de service pmax
= 8 bars
Longueur de tuyau réelle L = 200 m
Débit D = 2000 l/min.
Le diamètre nominal du tuyau sera DN 40
164
Le réseau de distribution
9.6 Matériaux utilisés pour
réaliser les conduites
Les conduites qui constituent un réseau sont généralement enacier, en métal non ferreux ou en plastique. Il faut qu’ellesremplissent différents critères, qui limitent le choix des matériauxpour certaines applications.
– Protection contre la corrosionLa question de la résistance à la corrosion est de premierordre si l’air comprimé n’est pas séché dans un dispositifde traitement. Il ne faut pas que les tuyaux rouillent avec letemps.
– Température de service maximaleCertains matériaux manquent de résistance à hautestempératures et deviennent poreux à basses températures.
– Pression de service maximaleLa pression de service maximale baisse lorsque la contraintethermique augmente.
– Faible chute de pressionUne grande qualité de surface à l’intérieur du tuyau permetde limiter les pertes de pression.
– Montage économiqueLes frais de montage peuvent être réduits grâce à un grandnombre de pièces moulées, un montage rapide et simple etdes matériaux bon marché.
Les tuyaux filetés selon DIN 2440, DIN 2441 et DIN 2442 (modèlesmi-lourds et lourds) en acier sont des matériaux courants dansles réseaux de conduites d’air comprimé. Ils sontparticulièrement utilisés pour les conduites de distribution etde raccordement de petites et moyennes dimensions. Lestuyaux filetés sont toujours utilisés lorsque les exigencesposées à l’air comprimé sont très élevées. Ils sont disponiblesen métal noir et galvanisé.
– Dimensions DN 6 - DN 150
– Pression de service admissible max. 10 à 80 bars
– Température de service maximale 120°C
Avantages
Les tuyaux filetés se caractérisent par un montage bon marchéet rapide. Un grand nombre de pièces préfabriquées etd’accessoires de tuyauterie sont disponibles à peu de frais.Les raccords peuvent être ré-utilisés après avoir été démontés.
Désavantages
Les tuyaux filetés présentent une résistance au flux plus élevéeet les raccords ont tendance à fuir avec le temps. La poseexige l’intervention d’un installateur expérimenté. Les tuyauxfiletés non galvanisés ne doivent pas être utilisés dans lesréseaux dépourvus de système de séchage de l’air, car ilsrouillent.
9.6.1 Tuyaux filetés
165
Le réseau de distribution
9.6.2 Tuyau en acier sans soudure Les tuyaux en acier doux sans soudure selon DIN 2448 sontprincipalement utilisés pour les conduites principales et dedistribution présentant des diamètres moyens ou gros. Ils sontdisponibles en noir et galvanisés.
– Dimensions 10,2 à 558,8 mm
– Pression de service admissible max. 12,5 à 25 barx
– Température de service maximale 120°C
Avantages
Les tuyaux en acier doux sont disponibles dans des taillesatteignant 558,8 mm. Ils sont parfaitement étanches à l’air s’ilssont installés correctement. Les fuites sont ainsi pratiquementexclues. Les tuyaux sont bon marché, il existe un grand nombrede pièce préfabriquées.
Désavantages
La pose des tuyaux en acier doux sans soudure exigel’intervention d’un installateur expérimenté, car les tuyaux doiventêtre soudés ou bridés. Les tuyaux en acier doux non galvanisésne doivent pas être utilisés dans les réseaux d’air comprimédépourvus de sécheurs d’air comprimé, car ils rouillent.
Les tuyaux en acier inoxydable selon DIN 2462 et DIN 2463 nesont utilisés que dans les réseaux d’air comprimé qui doiventdélivrer un air d’excellente qualité. Ils sont souvent employésdans les sections „humides“ de réseaux conventionnels, entrele compresseur et le sécheur.
– Dimensions 6 à 273 mm
– Pression de service admissible max. 80 bars ou sup.
– Pression de service maximale 120°C
Avantages
Les tuyaux en acier inoxydable résistent parfaitement à lacorrosion et présentent une faible résistance au flux (faible chutede pression). Ils sont absolument étanches à l’air s’ils sontinstallés correctement. Les fuites sont ainsi pratiquementexclues.
Désavantages
La pose des tuyaux en acier inoxydable exige l’interventiond’un installateur expérimenté, car les tuyaux doivent être soudésou bridés. Les tuyaux sont très chers, il existe peu de piècespréfabriquées.
9.6.3 Tuyaux en acier inoxydable
166
Le réseau de distribution
9.6.4 Tuyaux en cuivre Les tuyaux en cuivre selon DIN 1786 et DIN 1754 sont utiliséspour les conduites de contrôle et de réglage de petites etmoyennes dimensions. Les tuyaux sans soudure sont disponi-bles en modèles durs, semi-durs et tendres.
– Dimensions tendres 6 à 22 mmsemi-durs 6 à 54 mm
durs 54 à 131 mm
– Pression de service admissible max. 16 à 140 bars
– Température de service maximale 100°C
Avantages
Les tuyaux en cuivre sont disponibles en grandes longueurs,ils peuvent être pliés et travaillés facilement dans le cas depetits diamètres. On peut ainsi poser des sections plusimportantes dans un réseau d’un seul tenant. Le nombre deraccords est réduit, le risque de fuites également.
Les tuyaux en cuivre résistent à la corrosion. Ils accusent unechute de pression moins importante en raison de leur paroisintérieures plus lisses.
Désavantages
Les tuyaux en cuivre doivent être posés par un installateurexpérimenté car les tuyaux sont généralement soudés avecdes robinetteries. Les raccords ne peuvent plus être démontés.
Le matériau est cher, mais de nombreuses pièces préfabriquéessont disponibles, car les tuyaux en cuivre sont égalementutilisés dans le domaine du sanitaire.
Il faut tenir compte de l’expansion thermique du cuivre dans lecas des conduites de grandes dimensions. Le coefficient dedilatation thermique est plus important que celui de l’acier.
Lorsque l’air comprimé est humide, les particules de cuivrepeuvent provoquer la production locale d’éléments galvaniquesdans les tuyaux qui les suivent. Des piqûres de corrosion enrésultent, il peut également arriver qu’il se forme du vitriol decuivre.
167
Le réseau de distribution
9.6.5 Tuyaux en matières synthétiques Plusieurs fabricants commercialisent des tuyaux en matièressynthétiques constitués de différents matériaux pour lessystèmes de tuyauteries. Il existe également des tuyaux enpolyamide, qui supportent des pressions importantes, et destuyaux en polyéthylène, prévus pour les sections de grandesdimensions. On dispose donc de tuyaux en plastique appropriésà presque tous les domaines d’applications et proposant lespropriétés correspondantes. Il est par conséquent difficile defournir des informations présentant un caractère général surles dimensions, la pression et la température de service.
Avantages
Tous les types de revêtements de protection sont inutiles, carles tuyaux en plastique ne rouillent pas. Leur poids, 85% plusléger que l’acier, simplifie le montage et les supports de tuyauxsont meilleur marché.
La surface intérieure est très lisse. La résistance au flux estfaible (faible chute de pression) et les dépôts tels que le calcaire,la rouille et la calamine n’ont aucune chance de s’incruster.Les tuyaux en plastique sont généralement inoffensifs sur leplan toxique et hygiénique.
Il existe un grand nombre de pièces préfabriquées etd’accessoires pour les tuyauteries en matières synthétiques,en PVC ou en matériaux similaires. Le montage est très sim-ple. Les éléments de tuyaux sont emboîtés les uns dans lesautres et isolés au moyen d’une colle spéciale. Il n’est pasutile de posséder de connaissances particulières pour effectuerle montage. Les pertes de pression et les fuites sontgénéralement très faibles dans les conduites en matièressynthétiques.
Désavantages
Les tuyauteries en PVC bon marché acceptent une pressionde service maximale de 12,5 bar à 25°C. Il faut particulièrementtenir compte du fait que, dans le cas de ces tuyaux, la pressionde service maximale diminue grandement lorsque la températureaugmente. Il est donc déconseillé de les installer dans les zoneschaudes d’une station de compresseurs, il faut aussi les protégercontre les rayons du soleil.
Les tuyaux en matières synthétiques ont un coefficient dedilatation thermique important, mais leur résistance mécaniquen’est pas particulièrement élevée.
Tous les plastiques ne résistent pas à certains condensats ettypes d’huiles. Il faut donc vérifier auparavant la composition ducondensat dans le réseau d’air comprimé.
Les tuyaux en matières synthétiques pour hautes pressionsou de grand diamètre ne sont pas fabriqués en grandesquantités. Ils sont donc onéreux et le nombre de piècespréfabriquées est restreint. Il faut faire appel à un soudeur deplastiques expérimenté pour réaliser le montage de ces tuyaux.
Figure 9.17:Exemple de pièces et accessoires de tuyauterieen matière synthétique
168
Le réseau de distribution
9.7 Marquage des conduites Les conduites de tuyaux doivent être identifiées clairement enfonction du type de produit qu’elles transportent, conformémentà la législation en vigueur et à la norme DIN 2403. Uneidentification claire simplifie également l’entretien, la planificationdes extensions et la lutte contre les incendies.
L’identification a pour but d’attirer l’attention sur les dangers,afin d’éviter les accidents et les préjudices physiques. De plus,une identification correcte permet de repérer plus facilementles conduites dans le cas de réseaux compliqués. C’est laraison pour laquelle il faut également toujours indiquer le sensdu courant du produit.
La norme DIN 2403 définit les critères d’identification, composésde groupes de chiffres et de couleurs.
Produit Identificateur Couleur Code de couleur
de groupe
Air 3 gris RAL 7001
Eau 1 vert RAL 6018
Liquide combustible 8 marron RAL 8001
Gaz 4/5 jaune RAL 1013
Vapeur d’eau 2 rouge RAL 3003
Acide 6 orange RAL 2000
Lessive 7 violet RAL 4001
Oxygène 0 bleu RAL 5015
Les marquages en couleur et les textes doivent figurer à desendroits précis :
– marquage au début de la conduite
– marquage à la fin de la conduite
– marquage aux embranchements
– marquage aux passages de murs
– marquage sur les accessoires et les distributeurs
– identification en couleur sur le parcours de la conduite aumoyen d’anneaux de couleur ou de bandes peintes surtoute sa longueur
Panneaux d’identification
Sens du courant
Couleur correspondant au code de couleur du produit
Numéro de sous-groupe (différents réseaux de conduites)
Numéro de groupe du produit
Figure 9.18:Panneau indicateur et texte en clair
Figure 9.19:Panneau indicateur avec identificateurs
Air comprimé
169
Le local technique du compresseur
10. Le local technique
du compresseur
10.1 Refroidissement du
compresseur
Le local dans lequel le compresseur est installé doit satisfaireà certaines conditions afin que le bon fonctionnement del’installation soit garanti. Pour pouvoir interpréter l’importanced’un emplacement bien planifié et bien réalisé, il faut savoir queprès des 2/3 de tous les dérangements de compresseursrésultent d’une mauvaise installation, d’une aération insuffisanteet d’une maintenance mal faite.
Il faut en outre respecter les règlements généraux relatifs à laprévention des accidents et à la protection de l’environnement.
Lorsque l’on planifie une station de compresseurs, il fautconsidérer qu’une grande quantité de chaleur est générée parle compresseur lors de la compression. Selon le premier principede la thermodynamique, la totalité de l’énergie électriqueconsommée par le compresseur est convertie en chaleur.
Si cette chaleur n’est pas correctement évacuée, il se produitun bouchon de chaleur dans le compresseur. Si la températurequi règne à l’intérieur du compresseur reste excessive troplongtemps, des dommages mécaniques se produiront dansl’étage du compresseur et dans le moteur d’entraînement.
L’alimentation en air ou en eau de refroidissement peut êtreréalisée de deux manières différentes.
– Refroidissement par airLe refroidissement par air est largement répandu sur tousles types de compresseurs. La ventilation du local techniquedu compresseur revêt dans ce cas une importance essenti-elle. Elle doit être étudiée et réalisée avec grand soin. Desproblèmes thermiques sont sinon préprogrammés sur lecompresseur.
– Refroidissement par eauLe refroidissement par eau peut s’avérer nécessaire sur lesgros compresseurs, lorsque le système de refroidissementpar air n’est pas en mesure d’évacuer entièrement la chaleur.Le refroidissement par eau pose des exigences moinssévères à la salle du compresseur.
Les exigences et prescriptions en vigueur pour les locauxtechniques de compresseurs refroidis par air seront traitéesdans ce chapitre. Tous les points s’appliquent également auxcompresseurs refroidis par eau, à l’exception des remarquesrelatives à la ventilation.
100 %:
électricité
absorbée dans
le réseau
4 %:
chaleur rés.
dans l’air
compr.
1 %:
dissipation
thermique
13 %:
radiateur
aux. d’air
comprimé
9 %:
échauffement
du moteur
75 %:
radiateur
d’huile
95 %
de l’énergie absorbée est
évacuée par le réfrigérant
(eau/air)
Figure 10.1 :Répartition de la chaleur dans un compresseur àvis refroidi par injection d’huile
170
Le local technique du compresseur
10.2 Installation du compresseur Certaines conditions doivent être respectées lorsqu’uncompresseur et les éléments qui composent une station decompresseurs sont installés. Des dérangements ou des pannesse produiront si elles ne sont pas observées. Il faut en outrerespecter les règlements de prévoyance contre les accidentset les règles de protection de l’environnement.
Le local technique du compresseur doit être propre, sanspoussière, sèche et fraîche. Eviter les rayonnements directsdu soleil. Il est conseillé d’installer le local technique ducompresseur dans une pièce située au nord du bâtiment oudans une cave bien ventilée.
Ne pas installer des tuyauteries ou des matériels dégageantde la chaleur dans le local technique du compresseur. Il estnécessaire de bien les isoler si leur présence est inévitable.
Un accès aisé et un éclairage suffisant doivent être garantispour que les services techniques puissent effectuer lamaintenance et les habituels contrôles périodiques des réservoirsd’air comprimé.
Le local technique du compresseur doit toujours disposer d’uneventilation suffisante pour éviter tout dépassement destempératures ambiantes admissibles.
Les compresseurs fonctionnent de manière optimale à unetempérature ambiante de +20° à +25°C. Les températuressuivantes sont prescrites pour les compresseurs à vis :
– +5°C minimum. Lorsque la température ambiante descenden dessous de +5°C, les conduites et soupapes peuventgeler, causant des dommages sur le compresseur. Lescompresseurs à vis s’arrêtent automatiquement lorsque latempérature passe en dessous de la température finale decompression admissible.Un système de protection additionnel contre le gel autorisedes températures ambiantes de l’ordre de -10°C.
– +40°C, ou +35°C maximum pour les compresseurs à pistonsinsonorisés. Lorsque la température ambiante dépasse lavaleur maximale, il peut arriver que la température de sortiede l’air comprimé excède la valeur maximale prescrite parle législateur. La qualité de l’air comprimé se dégrade, leséléments du compresseur sont exposés à des contraintesplus élevées et les intervalles de maintenance sontraccourcis. Les compresseurs à vis s’arrêtentautomatiquement lorsque la température de compressionfinale est dépassée.
10.2.1 Remarques générales sur la
salle du compresseur
Figure 10.2 :Station de compresseur composée de 2compresseurs à vis, d’un sécheur d’air comprimépar réfrigération, d’un réservoir d’air comprimé etd’un séparateur huile/eau.
10.2.2 Température ambiante admissible
K o m p r e s s o r e n
K o m p r e s s o r e n
171
Le local technique du compresseur
Les règles suivantes sont appliquées pour les locaux abritantles compresseurs refroidis par injection d’huile.
– Le local doit être équipé d’une protection spéciale contreles incendies s’il abrite un compresseur dont la puissanceexcède 40 kW .
– Les compresseurs dont la puissance dépasse 100 kW
doivent être installés dans un local protégé contre le feu.
Exigences demandées aux locaux techniques de
compresseurs protégés contre le feu :
– les murs, les plafonds et les sols doivent présenter au moinsla classe de protection incendie F30.
– ne pas stocker de produits inflammables dans le localtechnique du compresseur.
– le sol, autour du compresseur, doit être constitué d’unmatériau ignifuge.
– il ne faut pas que des fuites d’huile puissent se répandre surle sol.
– aucun matériau inflammable ne doit se trouver dans unpérimètre de trois mètres au moins autour du compresseur.
– des éléments inflammables, tels que des faisceaux decâbles ne doivent pas passer sur le compresseur.
L’air aspiré contient de l’eau sous forme de vapeur, il s’agit ducondensat généré lors de la compression. Ce condensatcontient de l’huile qu’il est interdit de déverser dans les égoutssans traitement préalable.
Il est impératif de respecter les prescriptions de traitement deseaux usées en vigueur sur le site d’exploitation.
BOGE conseille l’ÖWAMAT pour traiter le condensat. L’eaunettoyée peut être évacuée dans le système de canalisationsurbain. L’huile, récupérée dans un réservoir, doit être remiseaux entreprises de traitement compétentes.
10.2.3 Règles de protection contre les
incendies pour les locaux
techniques des compresseurs
10.2.4 Elimination du condensat
172
Le local technique du compresseur
Il est nécessaire d’observer certaines règles générales enmatière de ventilation lorsque l’on installe un compresseur.
– Un sol industriel sans fondation est suffisant pour installerun compresseur ou un réservoir d’air comprimé. Il estgénéralement inutile de mettre en oeuvre des éléments defixation spéciaux.
– Il est dans tous les cas conseillé de monter le compresseursur un support élastique afin d’éviter toute transmission devibrations à la fondation et une répercussion du bruit ducompresseur sur d’autres parties du bâtiment.
– Le raccordement du compresseur au réseau de conduitesdoit être réalisé au moyen d’un tuyau haute pression BOGEde 0,5 m de long environ. La transmission des vibrations ducompresseur au réseau d’air comprimé est ainsi évitée etles écarts de montage dus à la pose des conduites sontcompensés.
– Si le site d’installation est très poussiéreux, le compresseurdoit être équipé de filtres d’aspiration en papier. L’usure ducompresseur est ainsi minimisée.
– Le compresseur ne doit en aucun cas être recouvert decapots ou de boîtiers. Ces mesures provoquent toujours desproblèmes thermiques. Le capot de protection antibruitBOGE, étudié spécialement pour chaque type decompresseur, fait exception à cette règle.
Un compresseur présente un certain encombrement, dépendantde sa construction et de son type. Un espace minimum définidoit être ainsi respecté tout autour du compresseur.
– Il faut installer le compresseur de manière à ce qu’il soitparfaitement accessible pour effectuer les opérations demanutention et de maintenance.
– Pour assurer le refroidissement d’un compresseur, il fautrespecter un certain écartement entre le ventilateur ou leradiateur et le mur ou les accessoires les plus proches.L’efficacité du ventilateur ou du radiateur en souffrent sinonet le refroidissement nécessaire n’est plus garanti.
– Lorsque plusieurs compresseurs sont installés les uns àcôté des autres, l’air de refroidissement échauffé par uncompresseur ne doit pas être aspiré par un autre.
L’écartement minimum par rapport aux murs et aux appareilset accessoires voisins varie selon les types et les modèles decompresseurs. Il est spécifié dans les instructions de servicedes différents appareils.
10.2.5 Conseils d’installation du
compresseur
10.2.6 Encombrement d’un compresseur
Connex.
en air
compr.
Figure 10.3 :Encombrement d’un compresseur à vis insonoriséde type S 21 - S 30
A l i m .
en air
Aération
Face exploitation
Montage le long du murMon-
tage
e n
angle
173
Le local technique du compresseur
10.2.7 Conditions d’installation des
réservoirs d’air comprimé
Certaines règles de prévention contre les accidents doivent êtrerespectées lorsqu’un réservoir d’air comprimé est installé.
– Protéger le réservoir d’air comprimé contre tout risque dedétérioration d’origine mécanique (chute d’objets, etc.).
– Le réservoir d’air comprimé et ses équipements doiventpouvoir être commandés en toute sécurité à une distancesuffisante.
– Respecter les zones et espacements de sécurité.
– Le réservoir d’air comprimé doit reposer sur une assisestable. Il ne faut pas qu’il puisse bouger ou basculer sousl’action de forces extérieures. Le poids supplémentaire lorsde l’essai de pression devra être également considéré ! Unefondation renforcée sera éventuellement nécessaire pour lesréservoirs d’air comprimé de grandes dimensions.
– La plaque du constructeur doit être parfaitement lisible.
– Les réservoirs d’air comprimé doivent être bien protégéscontre la corrosion.
– Les réservoirs verticaux sont transportés horizontalementdans la salle des compresseurs et placés sur deux pieds. Ilfaut donc tenir compte de la diagonale du réservoir (hauteurde redressement) lorsque la hauteur du réservoir estmesurée. Si elle est inférieure à la hauteur de la pièce, leréservoir ne pourra pas être installé.
174
Le local technique du compresseur
Un courant d’air de refroidissement VC suffisant représente une
condition essentielle pour le fonctionnement d’un compresseurrefroidi par air. La chaleur générée par le compresseur doit pouvoirêtre évacuée à tout moment de manière fiable. Il existe troispossibilités de ventilation en fonction du type et du modèle decompresseur.
– Ventilation naturelleVentilation par les entrées et les sorties d’air situées sur lesparois latérales ou au plafond, sans l’assistance d’unventilateur.
– Ventilation artificielleVentilation par les entrées et les sorties d’air situées sur lesparois latérales et au plafond, assistée d’un ventilateur.
– Canaux d’entrée et de sortie de l’airVentilation au moyen des gaines appropriées, généralementavec l’assistance d’un ventilateur aspirant.
– Sur les compresseurs refroidis par eau, la chaleur principaleest évacuée par l’eau de refroidissement. La chaleurrésiduelle (irradiée par le moteur) doit être évacuée par l’airde refroidissement.
Un compresseur génère une certaine quantité de chaleur enfonction de sa puissance. Sur les compresseurs refroidis parair, cette chaleur doit être évacuée par un courant d’air derefroidissement V
C.
L’importance du courant d’air de refroidissement VC est
influencée par plusieurs facteurs qui viennent d’ajouter à lapuissance d’entraînement du compresseur.
– Chaleur de transmissionUne partie de la chaleur générée est évacuée par les mursde la salle du compresseur (y compris les portes et lesfenêtres) sous forme de chaleur de transmission. Laconstitution des murs, du plafond, du sol, des portes et desfenêtres influencent grandement le courant d’air derefroidissement V
C.
– Température ambiantePlus la température de la salle du compresseur est élevée,plus les besoins en air de refroidissement seront importants.
– Gradient de températurePlus la différence de température ∆∆∆∆∆t entre la températureextérieure et la température intérieure est élevée, plus lesbesoins en air de refroidissement seront faibles.
– Hauteur et surface de la piècePlus les dimensions de la pièce sont importantes, plus lachaleur générée se répartit. Il en résulte une réduction desbesoins en air de refroidissement.
10.3 Ventilation de la
station de compresseurs
10.3.1 Facteurs influençant le courant
d’air de refroidissement VC d’un
compresseur
175
Le local technique du compresseur
Pour obtenir des valeurs de courant d’air de refroidissement VC
à caractère général, les conditions marginales suivantes, quiinfluencent le volume d’air de refroidissement V
C nécessaire,
sont déterminées.
– Température ambiante 35°C = 308 K
– Gradient de température ∆∆∆∆∆t 10 K
– Epaisseur de mur 25 cmLes murs d’enceinte sont des murs en brique, homogènes,sans portes ni fenêtres.
– Hauteur et dimensions de la pièce.On considère une hauteur de murs de trois mètres, la pièceprésentant une surface inférieure à 50 m².
Les conditions marginales déterminées partent des tem-pératures de l’environnement les plus défavorables pour lecompresseur. Ces conditions étant généralement plus favoralesdans la salle du compresseur, les valeurs ainsi déterminéespeuvent donc être appliquées pour le volume d’air derefroidissement V
C.
Si le volume d’air de refroidissement conseillé VC est assuré
pour le compresseur, aucun problème thermique ne surgira.
10.3.2 Définition des facteurs influençant
le courant d’air de refroidissement
VC
d’un compresseur
176
Le local technique du compresseur
Ce chapitre développe les conditions les plus importantesauxquelles un local renfermant un ou plusieurs compresseursrefroidis par air doit satisfaire sur le plan de la ventilation. Cesconditions se basent sur les exigences spécifiées dans la fichede spécifications VDMA 4363 „Ventilation des locauxtechniques de compresseurs refroidis par air“.
– L’air chaud monte. Pour qu’il soit possible d’obtenir unéchange de chaleur efficace, il faut que les ouvertures d’entréede l’air froid soient disposées à proximité du sol et que lesouvertures de sortie d’air se trouvent au plafond ou dans lapartie supérieure d’un mur latéral.
– Le compresseur doit être installé à proximité de l’ouvertured’entrée d’air A
inde manière à ce qu’il aspire l’air pour la
compression et l’air froid pour la ventilation directement àpartir de l’ouverture d’entrée d’air A
in .
– Le compresseur doit être installé de manière à ce qu’il nepuisse pas réaspirer l’air chaud qu’il a évacué.
– Les ouvertures ou les gaines d’aspiration du compresseurdoivent être disposées de sorte que des mélanges dangereux(par exemple des produits explosifs ou instables sur le planchimique) ne puissent pas être aspirés.
– Le volume d’air évacué par le compresseur devrait s’écoulerau-dessus du réservoir d’air comprimé (si disponible) versl’ouverture de sortie de l’air A
out. Les accessoires installés
dans le local technique du compresseur doivent être disposésen conséquence.
– Des volets réglables doivent être installés dans les ouverturesd’entrée d’air A
in L’apport d’air froid venant de l’extérieur
peut être ainsi réduit et la température ne descend pas audessous du seuil minimum en hiver. Si cette mesure n’estpas suffisante, le compresseur devra être équipé de sonpropre système de chauffage. BOGE fournit les accessoiresnécessaires pour ce faire.
– Lorsque plusieurs compresseurs sont installés dans unepièce, il faut s’assurer qu’ils ne s’influencent pasmutuellement sur le plan thermique. Si un compresseuraspire l’air évacué par un autre compresseur, unréchauffement de l’appareil en résulte. La ventilation doitcouvrir la totalité des besoins en air ventilé de tous lescompresseurs. La condition idéale consisterait à ce quechaque compresseur dispose de sa propre ouverture d’entréed’air, adaptée à sa taille.
10.3.3 Informations générales relatives
à la ventilation des locaux
techniques de compresseurs
Figure 10.4 :Disposition des ouvertures d’entrée et de sortie del’air
Entrée de l’air
par les
fenêtres
Evacuation de l’air
éventuellement
avec un ventilateur
Figure 10.5 :Local contenant trois compresseurs insonorisés
177
Le local technique du compresseur
10.3.4 Ventilation naturelle La ventilation naturelle consiste à commander la circulation del’air par une ouverture d’entrée d’air A
in et une ouverture de sortie
d’air Aout
situées dans les parois latérales du local. L’échangede chaleur est réalisé sous l’action unique de la circulationnaturelle de l’air, car l’air chaud monte. Pour permettre uneventilation suffisante, il faut que l’ouverture d’entrée d’air se trouveaussi bas que possible en dessous de l’ouverture de sortied’air.
Cette méthode de ventilation a fait ses preuves pour lescompresseurs développant jusqu’à 22 kW. Des problèmes deventilation pourront se produire sur les petits compresseurs enfonction des conditions ambiantes qui règnent dans le localtechnique du compresseur.
Un courant d’air de refroidissement VC suffisant ne peut être
obtenu que si les ouvertures d’entrée et de sortie de l’air sontbien dimensionnées.
Les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous se basentsur les exigences énoncées dans la fiche de spécificationsVDMA 4363 „Ventilation des locaux techniques decompresseurs refroidis par air“.
10.3.4.1 Ouverture de sortie d’air
nécessaire dans le cas d’une
ventilation naturelle
Il faudrait en principe que l’ouverture d’entrée d’air Ain et de
sortie d’air Aout
soient de dimensions identiques. Le volumed’air de refroidissement doit passer par les deux ouvertures. Sil’on considère que des volets, des grilles et autres obstaclesobtruent les ouvertures d’entrée d’air, leur taille devrait être de20% supérieure à celle de l’ouverture de sortie d’air A
out. Il est
probable que la température ambiante admissible soit sinondépassée.
Remarque
Lorsque le volume d’air de refroidissement VCest défini pour la
station de compresseurs, il faut également tenir compte desbesoins en air ventilé exigés par le sécheur d’air comprimé oule sécheur par adsorption à régénération avec chaleur.
Figure 10.6 :Ventilation naturelle d’un local contenant uncompresseur à vis BOGE
Ain
Aout
V•
C
Puissance Volume d’air froid Ouvertures d’air
d’entraî- nécessaire de ventil. nécessaire
nement P VC
Ain
et Aout
[ kW ] [ m³/h ] [ m² ]
3,0 1350 0,204,0 1800 0,255,5 2270 0,307,5 3025 0,4011,0 3700 0,5015,0 4900 0,6518,5 6000 0,7522,0 7000 0,90
178
Le local technique du compresseur
10.3.5 Ventilation artificielle Dans de nombreux cas, la ventilation naturelle du local techniquedu compresseur ne suffit pas. Le courant d’air de refroidissementest insuffisant en raison de conditions de construction et/ou dela grande puissance du compresseur installé. Dans ces cas,l’air chaud doit être évacué à l’aide d’un ventilateur.
La ventilation artificielle accélère la vitesse de flux de l’air froiddans la salle du compresseur et garantit le volume nécessairegrâce à la ventilation forcée. On obtient des réserves plusimportantes lorsque la température extérieure est élevée.L’ouverture d’entrée de l’air doit être adaptée à la puissance duventilateur.
Pour des raisons économiques, la mise en service du ou desventilateurs doit être assurée par un thermostat en fonction dela température qui règne dans la pièce. Plus la température estélevée, plus le ventilateur est sollicité.
Le volume d’air de refroidissement nécessaire VC résulte,
comme dans le cas de la ventilation naturelle, de la puissancedu compresseur installé. La chaleur générée par le compresseurdoit être évacuée de manière fiable. Le débit du ventilateur D
V
est supérieur de 15% environ à la quantité d’air de refroidissementnécessaire V
C. Une ventilation parfaite est ainsi également
assurée en plein été.
Les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous se basentsur les exigences énoncées dans la fiche de spécificationsVDMA 4363 „Ventilation des locaux techniques decompresseurs refroidis par air“.
10.3.5.1 Puissance de ventilation exigée
pour la ventilation artificielle
Figure 10.7 :Ventilation artificielle d’un local renfermant uncompresseur à vis BOGE
Ain
Ventilateur
DV
Puissance Débit de ventilateur
d’entraînement nécessaire
P DV
[ kW ] [ m³/h ]
4,0 18005,5 22707,5 302511,0 370015,0 490018,5 600022,0 700030,0 950037,0 1100045,0 1400055,0 1700065,0 2000075,0 2300090,0 28000110,0 34000132,0 40000160,0 50000200,0 62000250,0 70000
179
Le local technique du compresseur
Dans le cas de la ventilation artificielle, l’extracteur d’airdétermine la taille de l’ouverture de sortie de l’air.
L’ouverture nécessaire pour un extracteur d’air est généralementde dimensions beaucoup plus réduites que celle nécessairepour la ventilation naturelle.
La taille de l’ouverture d’entrée d’air Ain dépend du débit du
ventilateur DV et de la vitesse maximum de l’air v
S dans
l’ouverture d’entrée.
Il est conseillé d’effectuer le calcul avec une vitesse d’air dev
S= 3 m/s . Si, pour des raisons de construction, il n’est pas
possible de réaliser des ouvertures de sortie d’air aux dimensionssouhaitées, une vitesse d’air de v
S= 5 m/s est également
admissible.
La formule suivante permet de calculer la taille minimale del’ouverture d’entrée d’air :
DV
Ain
= —————3600 ××××× v
S
m³/hm² = ———————
3600 s/h ××××× m/s
Ain
= Section min. de l’ouverture d’entrée [m³]
DV
= Débit du ventilateur [m³/h]
vS
= Vitesse maximale de l’air [m/s]
Remarque
Quand on choisit un extracteur d’air, il faut considérer que levolume d’air froid est soumis aux mêmes lois physiques quecelles qui régissent l’air comprimé. Lorsque l’air froid s’écouledans les canaux et ouvertures, la pression dynamique ∆∆∆∆∆p (pertede pression) augmente quand la vitesse du flux augmente. Unventilateur peut uniquement supporter une pression dynamiqueinférieure à sa pression superficielle. Si la pression dynamiqueest supérieure à la pression superficielle, aucun débit ne peutêtre généré.
La pression dynamique maximale est déterminée à partir de laforme et de la taille des ouvertures d’entrée et de sortie et descanaux correspondants (si disponibles). Il faut également tenircompte de la vitesse de l’air.
∆∆∆∆∆p = 100 Pa (10 mm WS) peut être adopté pour les ouverturessimples ne disposant pas de dérivations défavorables (posedes gainages).
10.3.5.2 Ouverture d’entrée d’air
nécessaire pour la ventilation
artificielle
180
Le local technique du compresseur
Un compresseur à vis de type S 21 doit fonctionner avec unsécheur d’air comprimé par réfrigération D 27 dans un local dedimensions réduites. Les conditions de construction rendenttoute ventilation naturelle impossible. Il est nécessaire deréaliser une ventilation artificielle assurée par un ventilateur.
Compresseur à vis BOGE de type S 21
Débit réel D : 2,42 m³/min.
Puissance moteur : 15kW
Air de refroidissement nécessité DV1
: 4900 m³/h (Cf. page 178 )
Sécheur d’air comprimé par réfrigération de type D 27
Débit réel D : 2,66 m³/min.
Air de refr. nécessité DV2
: 770 m³/min. (voir fiche technique)
Il faut additionner les deux volumes d’air froid pour obtenir lapuissance de ventilateur qu’il sera nécessaire d’installer dansle local technique du compresseur.
Puissance du ventilateur DVtot
: 5670 m³/h
L’ouverture d’entrée d’air est calculée à partir de la puissancedu ventilateur D
Vtot et de la vitesse de courant maximale
vS
= 3 m/s :
10.3.5.3 Exemple de ventilation artificielle
d’une station de compresseurs
Figure 10.8 :Station de compresseurs composée d’uncompresseur à vis, d’un sécheur d’air comprimépar réfrigération et d’un réservoir d’air comprimé
Ain
= Surface min. de l’ouverture d’entrée [m³]
DVtot
= Débit du ventilateur [m³/h]
vS
= Vitesse d’air maximale [m/s]
DVtot
Ain
= —————3600 ××××× v
S
5670A
in= —————
3600 ××××× 3
Ain
= 0,525 m²
Il faudra installer un ventilateur développant 5670 m³/h dans lelocal technique du compresseur (tenir compte de la pressiondynamique des ouvertures lors du choix du ventilateur).L’ouverture d’entrée d’air A
indevra mesurer au moins 0,525 m².
R 1R 1
181
Le local technique du compresseur
L’alimentation en air de refroidissement par le gainage d’entréeet de sortie d’air représente une solution élégante pour résoudreles problèmes thermiques dans la salle du compresseur.
Les compresseurs insonorisés permettent de réaliser uneventilation canalisée. L’air de refroidissement passe au dessusdu compresseur, puis il est focalisé avant d’être évacué. Lescompresseurs à vis BOGE sont équipés d’un ventilateur d’airde refroidissement générant une pression superficielle de 60 Paenv. (colonne d’eau de 6 mm env.). Il est donc en mesured’expulser l’air de sortie par un gainage de 5 m de longueurapproximativement et présentant la section de gainageconseillée.
Les gainages peuvent être raccordés sans difficulté auxouvertures du capot d’insonorisation. Il n’est généralement pasnécessaire d’installer un ventilateur par évacuation d’airsupplémentaire dans le gainage.
Les gainages d’air froid évacuent l’air de refroidissement àl’extérieur. Ils peuvent être aussi utilisés pour assurer lechauffage en hiver, en installant un dispositif de clapetsapproprié. Il est conseillé de récupérer une partie de l’air deréfrigération chaud dans le local technique du compresseur sice dernier n’est pas chauffé en hiver.
Il est également possible d’alimenter le compresseur en airfroid au moyen d’un gainage. Un canal d’air d’alimentation réduitcependant le débit d’aspiration (pression dynamique) et serépercute négativement sur le rendement du compresseur. Unecanalisation d’air sera donc uniquement conseillée dans lescas suivants énoncés ci-dessous.
– Environnement impurL’air aspiré sur le site du compresseur contient un grandnombre de particules, de la poussière, des impuretéschimiques ou présente une humidité élevée. Dans cesconditions, il est conseillé d’aspirer l’air directement àl’extérieur ou dans une zone propre du bâtiment.
– Température ambiante élevéeLa température sur le site d’exploitation du compresseurest beaucoup plus élevée que dans les pièces voisines ouen dehors du bâtiment. Ceci se produit lorsque toutes sortesde machines chauffent dans le local technique ducompresseur.
10.3.6.1 Gainage de l’admission d’air
10.3.6 Alimentation en air froid avec
gainage d’entrée et de sortie
Figure 10.9 :Passage de l’air froid dans un compresseur à visBOGE de la série S 21 - S 150
182
Le local technique du compresseur
10.3.6.2 Evacuation de l’air par gaine
d’évacuationLes locaux techniques de compresseurs contenant des unitésindividuelles peuvent être généralement refroidis au moyen d’unextracteur d’air ou par ventilation naturelle. Si plusieurscompresseurs sont installés dans la même pièce, il est toujoursconseillé d’utiliser des conduites d’air de refroidissement.
Grâce à ces gaines, la pièce est moins chauffée par la chaleurdégagée par les compresseurs.
La différence de température ∆∆∆∆∆t entre l’air aspiré et l’air évacuéreprésente approximativement 20 K. La vitesse de l’air dans lagaine d’évacuation ne devrait pas excéder 6 m/s. La section ducanal est donc largement inférieure à celle pratiquée dans lemur pour la ventilation naturelle ou artificielle.
Les valeurs spécifiées dans le tableau ci-dessous pour le volumed’air de refroidissement nécessaire D
A avec gaine se basent
sur les exigences énoncées dans la fiche de spécificationsVDMA 4363 „Ventilation des locaux techniques decompresseurs refroidis par air“. On suppose une augmentationde la température de l’air de refroidissement de Dt = 20 K.
Le calcul utilisé pour définir la section de canal nécessaire AC
se base sur une pression dynamique maximum de 50 Pa(colonne d’eau de 5 mm) dans le canal. Ceci représente environ5 m dans une gaine d’évacuation rectiligne sans modificationsde direction ni réducteurs ou éléments rapportés pour une vitessed’air de 4 à 6 m/s.
10.3.6.3 Volume d’air froid nécessaire DA
et section de canal AC avec gaine
Figure 10.10 :Evacuation de l’air dans une pièce contenant uncompresseur à vis BOGE par une gained’évacuation de l’air froid à l’extérieur
Ain
V•
AA
C
Puissance Volume d’air froid Section de
d’entraîne- nécessaire avec canal
ment gaine d’évacuation nécessaire
P DA
AC
[ kW ] [ m³/h ] [ m² ]
4,0 800 0,085,5 1000 0,107,5 1300 0,13
11,0 1700 0,1315,0 2900 0,1518,5 4500 0,2322,0 4500 0,2630,0 4500 0,3337,0 6500 0,4145,0 6500 0,4855,0 8000 0,5965,0 8600 0,6475,0 9200 0,6890,0 16000 0,85
110,0 16000 1,11132,0 24400 1,24160,0 24400 1,61200,0 27800 2,06250,0 33600 2,49
d’évacuation
183
Le local technique du compresseur
Dans les gainages, tous les objets tels que les dérivations, lesfiltres, les clapets de volets, les coudes et les silencieuxprovoquent un accroissement de la résistance hydraulique etfreinent ainsi l’écoulement de l’air. Si la gaine contient denombreux obstacles sur une grande longueur, la section degaine libre recommandée devra être vérifiée par un spécialiste.
Certaines mesures de protection contre les incendies sontprescrites pour éviter la propagation des incendies par les gainesde ventilation. La norme DIN 4102, partie 6, exige le montagede clapets de protection incendie à fermeture automatiquelorsque les gaines de ventilation traversent un mur.
La pression dynamique peut être supérieure à 50 Pa (5 mm WS)lorsque le gainage présente un tracé défavorable ou qu’il esttrès long. Dans ce cas, il est possible que le ventilateur d’air derefroidissement d’un compresseur à vis ne puisse plus surmonterla pression dynamique qui règne dans la gaine. Cela signifieque le volume d’air de refroidissement s’immobilise, interrompantainsi le refroidissement entier du compresseur. Dans ce cas, ilfaut prévoir un ventilateur d’appoint supplémentaire.
Les clapets d’alimentation et d’évacuation d’air ainsi que lesventilateurs doivent, pour des raisons économiques, êtrecommandés via un thermostat situé dans la salle ducompresseur.
Ne jamais monter directement les gaines d’air de refroidissementsur la structure du compresseur. Utiliser toujours descompensateurs qui permettent d’éviter les tensions et latransmission des vibrations.
Un gainage d’air de refroidissement revêtu d’un matériau isolanttransmet moins de chaleur à son environnement et amortit ainsiles bruits supplémentaires, évacués hors du compresseur enmême temps que l’air de refroidissement.
Généralement, BOGE conseille de confier la conception desgainages et l’exécution des travaux à une entreprise spécialisée.
Dans le cas des installations composées de plusieurscompresseurs, il faut que chaque compresseur dispose de sapropre gaine d’alimentation et d’évacuation d’air.
Lorsqu’une gaine commune est utilisée pour plusieurscompresseurs, il faut prévoir des clapets anti-retour àdéclenchement automatique pour éviter que l’air derefroidissement chaud ne passe sur un compresseur à l’arrêtet ne réchauffe l’air d’alimentation.
10.3.6.4 Remarques relatives à la
ventilation par gaines
184
Le local technique du compresseur
10.3.6.5 Dimensionnement de l’ouverture
d’entrée d’air en association avec
une gaine de sortie de l’air
Ain
= Surface min. de l’ouverture de sortie [m²]
DA
= Volume d’air froid dans la gainede sortie [m³/h]
vS
= Vitesse de courant maximale [m/s]
DA
Ain
= —————3600 ××××× v
S
m³/hm² = ———————
3600 s/h ××××× m/s
La taille de l’ouverture d’entrée d’air Ain
dépend du volume d’airde refroidissement D
A et de la vitesse d’écoulement maximale
vS dans l’ouverture elle-même.
Il est conseillé d’effectuer le calcul avec une vitesse d’air dev
S= 3 m/s . Si, pour des raisons de constuction, il n’est pas
possible de réaliser des ouvertures d’entrée d’air aux dimensionssouhaitées, une vitesse d’air de v
S= 5 m/s est également
admissible.
La formule suivante permet de calculer l’ouverture d’entrée d’airminimale :
185
Le local technique du compresseur
10.3.6.6 Variantes de ventilation canalisée
L’air chaud est évacué directement à l’extérieur par la gaine. Ilest conseillé de choisir cette possibilité lorsque destempératures élevées règnent dans le local technique ducompresseur.
En hiver, les gaines permettent de véhiculer l’air chaud produitpar le compresseur pour chauffer complètement ou partiellementles différentes pièces d’un bâtiment. Lorsque les températuressont élevées (en été), le gaine d’évacuation expulse l’air chauddirectement à l’extérieur.
Dans le cas de cette méthode, l’air d’alimentation estgénéralement aspiré à partir des pièces chauffées, de l’airtempéré étant ainsi aspiré en quantité suffisante, même lorsquela température ambiante est basse. De cette manière, lecompresseur fonctionne toujours au-dessus de la températureminimale.
Afin de limiter la poussière et le bruit dans les pièces chauffées,il est conseillé de monter un filtre et un silencieux dans la gainede sortie de l’air.
Figure 10.12 :Gaine d’évacuation avec clapet de circulation
La gaine d’évacuation transporte l’air de refroidissement chauddirectement à l’extérieur. Lorsqu’il fait froid dans la salle ducompresseur, l’air ambiant est mélangé à l’air chaud au moyend’un clapet de circulation. La ventilation de circulation permetde protéger l’installation contre le gel lorsque les températuresextérieures sont inférieures à zéro degré. Un chauffage auxiliaireest également conseillé pour protéger le compresseur contrele gel dans la phase de démarrage.
Cette méthode exige également la réalisation d’une ouverturede sortie d’air dimensionnée en fonction du volume à évacuer,en plus de la gaine de sortie d’air.
Figure 10.13 :Utilisation de l’air froid réchauffé pour le chauffage
Air chaud
Mode „Eté“Air chaud
Mode „Hiver“
Entrée
d e
l’air
Air chaud
Mode „Hiver“
Air chaud
Mode „Eté“
Figure 10.11 :Evacuation de l’air à l’extérieur via un gainage
Air chaud
186
Le local technique du compresseur
C ô t é d e c o m m a n d e
A i r d ' é v a c u a t i o n
A r r i v é ed ' a i r
a v e c V D E 0 1 0 0
C o n d u i t e d ' é v a c u a t i o nd u c o n d e n s a t
R é s e r v o i r d ' a i r c o m p r i m é
E v a c u a t e u r d ec o n d e n s a t
S é p a r a t e u r h u i l e - e a u
H u i l e
S é c h e u r d ' a i r c o m p r i m é p a r r é f r i g é r a t i o n
S o r t i e d e l ' a i r c o m p r i m é
E a u
F i l t r e
T u y a u H P
E t r a n g l e m e n t
C o m p r e s s e u r à v i s
E c a r t e m e n t d e s é c u r i t é1200
10.4 Exemples de plans d’installation
10.4.1 Exemple d’installation d’un
compresseur à vis
187
Le local technique du compresseur
C ô t é d e c o m m a n d e
C o m p r e s s e u r à p i s t o nS C L 1 1 6 0 - 2 5
1 0 0 0 l
F 3 0A 3 0 G 3 / 4
Ö w a m a t 2
D 1 2a v e c B e k o m a t 2
A i r d ' a l i m . n é c e s s a i r e 0 , 4 m2
B y p a s s
E a u H u i l e
E s p a c e d e m a i n t e n a n c e F i l t r e à c h a r b o n a c t i f
F i l t r e m i c r o p o r e u x
S é c h e u r d ' a i r c o m p r i m é p a r r é f r i g é r a t i o n
E s p a c e d e m a i n t e n a n c e
Ö l - W a s s e r - T r e n n e r
E s p a c e d e m a i n t e n a n c e
E v a c a t e u r d e c o n d e n s a t B e k o m a t 2
R é s e r v o i r d ' a i r c o m p r i m é
T u y a u H P
S o r t i e d e l ' a i r c o m p r i m é
K o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e n
K o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e n
755
1410
2310
560
1200
600
250
1160
7 8 0
1 2 0 0 8 0 0 3 6 0 3 0 0 6 0 0
100
490445
500
8 0 0
8 0 08 0 0
800
E c a r t e m e n t d e s é c u r i t é
C o n d u i t e d ' é v a c u a t i o n d uc o n d e n s a t
50
10.4.2 Exemple d’installation d’un
compresseur à piston
Séperateur huile/eau
188
Récupération de la chaleur
11. Récupération de
la chaleur
Les coûts de l’énergie sont de plus en plus élevés, etl’environnement prend une place de plus en plus importantedans les consciences. Ces considérations ont incité denombreux utilisateurs de compresseurs à se servir de l’énormepotentiel thermique offert par les compresseurs. Ils se sontadressés aux fabricants de compresseurs, qui ont à leur tourdéveloppé des systèmes de récupération de la chaleur efficaces.Depuis, la chaleur développée par les compresseurs estrécupérée pour assurer le chauffage des locaux et chaufferl’eau non potable et de chauffage.
Pour pouvoir évaluer les possibilités offertes par la récupérationde la chaleur sur les compresseurs, il faut se rappeler que,conformément au premier principe de la thermodynamique, latotalité de l’energie électrique absorbée par le compresseur esttransformée en chaleur. On ne peut cependant utiliser cettechaleur de manière économique que si l’on sait où elle se produitet quel est le pourcentage de chaleur qui peut être utilisérentablement pour la récupération.
La chaleur est toujours évacuée grâce à un réfrigérant. Ce dernierrenferme environ 95% de l’énergie électrique transmise aucompresseur sous forme de chaleur. 4% environ restent dansl’air comprimé en tant que chaleur résiduelle et 1% est transmisà l’air ambiant sous l’effet du rayonnement thermique.
Lorsque l’on élabore un bilan thermique, il ne faut pasuniquement penser à l’énergie fournie par le moteur etnécessitée par le compresseur pour comprimer l’air. Le moteurélectrique convertit également l’énergie en chaleur. Il est doncimportant de tenir compte du rendement du moteur qui, selonla puissance d’entraînement, oscillera entre 80 % et 92 %. Laquantité de chaleur émise augmente par conséquent également.
11.1 Bilan thermique d’une
station de compresseurs
100 %:
électricité
absorbée dans
le réseau
4 %:
chaleur rés.
dans l’air
comprimé
1 %:
dissipation
thermique
13 %:
radiateur
aux. d’air
comprimé
9 %:
échauffement
du moteur
75 %:
radiateur
d’huile
95 %:
de l’énergie absorbée est
évacuée par le réfrigérant
(eau/air)
Figure 11.1 :Répartition de la chaleur dans un compresseur àvis refroidi par injection d’huile
189
Récupération de la chaleur
Le chauffage des locaux est le meilleur moyen d’utiliser lachaleur dégagée par le compresseur.
La méthode la plus simple pour chauffer un local est d’y installerle compresseur. Ceci signifie que le compresseur se trouvedirectement dans l’atelier ou dans l’entrepôt, généralement àproximité des postes de travail.
Dans ce cas de figure, il faudra seulement installer desconduites pour évacuer l’air chaud à l’extérieur en été, lorsquedes températures élevées règnent sur le site d’installation. L’airchaud utilisé pour le chauffage ne doit pas être transporté surde longues distances.
Il faut cependant s’assurer que le compresseur estsuffisamment refroidi. Une insonorisation sera généralementindispensable afin de respecter les prescriptions contre le bruit.
Pour pouvoir utiliser la chaleur produite par une station decompresseurs, le volume d’air chauffé doit être transporté versles locaux à chauffer dans des gaines. L’installation n’estconseillée que pour les gros compresseurs, car lescompresseurs de petites tailles ne génèrent pas suffisammentde chaleur.
Le volume d’air de refroidissement passe sur le compresseuret le moteur d’entraînement, absorbe la chaleur émise, puisest aspiré dans une conduite d’évacuation grâce à un ventilateur.Le volume d’air froid est généralement porté à une températurede +50°C à +60°C.
L’utilisation de la chaleur du compresseur pour chauffer deslocaux suppose un compresseur capoté (insonorisé) équipéd’un système de transport de l’air par conduites. Lescompresseurs à vis BOGE sont insonorisés en série etpossèdent un ventilateur interne. Ils peuvent donc être raccordéssans difficulté à un système de conduites. Les compresseursnon capotés (comme par exemple la plupart des compresseursà pistons) peuvent être équipés ultérieurement pour utiliser lachaleur produite par le compresseur en installant un capotd’insonorisation adapté.
11.2.1 Chauffage des locaux par des
conduites de chauffage
11.2 Chauffage des locaux
1 = Compresseur insonorisé2 = Conduite d’alimentation en air3 = Conduite d’évacuation de l’air4 = Ventilateur par évacuation d’air
supplémentaire5 = Volets de réglage
(à commande thermostatique)6 = Conduites de dérivation
(chauffage des locaux)7 = Echangeur de chaleur8 = Conduite d’évacuation
(à l’air libre pour l’été)9 = Volet d’admission d’air
Figure 11.2 :Schéma fonctionnel d’un gainage
12 4 3
8
5 676
5
9
190
Récupération de la chaleur
11.2.2 Fonctionnement d’un chauffage de
locaux
Des gaines isolées transportent l’air de refroidissement chauddu ou des compresseurs à l’intérieur du bâtiment lorsqu’il faitfroid à l’extérieur. Les locaux sont ainsi chauffés. Lorsque lestempératures extérieures sont élevées, une gaine évacue l’airde refroidissement chaud à l’air libre.
Le courant d’air de refroidissement passe par des volets d’entréed’air et de régulation. Il est recommandé de commander lesvolets et les ventilateurs au moyen de thermostats, installésdans les pièces chauffées pour y surveiller la température.
Des mesures de protection contre les incendies sont prescritespour éviter une propagation des flammes par les conduites deventilation. La norme DIN 4102, partie 6, exige l’installation devolets pare-feu à fermeture automatique lorsque des conduitesde ventilation traversent un mur.
Il est possible d’installer des échangeurs de chaleur dans lesconduites. Ils permettent de chauffer l’eau à une températurede +40°C environ. Cette eau chaude peut être utilisée pourdélester le système de chauffage central ou en tant qu’eau nonpotable.
Les frais d’installation du chauffage des locaux peuvent s’avérertrop élevés par rapport aux économies d’énergie réalisées. Avantd’engager les frais d’installation d’un système de chauffage, ilfaut s’assurer que l’on dispose d’une chaleur suffisante pourjustifier cet investissement. Il faut tenir compte du fait que lecourant d’air chaud se refroidit obligatoirement lors de sontransport dans le système de conduites.Les fraisd’investissement doivent rester en relation avec les économiesde chauffage réalisées.
Ces économies augmentent avec la durée de fonctionnementdu compresseur. Plus le compresseur tourne longtemps, plusle chauffage des locaux sera efficace.
11.2.3 Rentabilité d’un chauffage
de locaux
191
Récupération de la chaleur
11.3 L’échangeur de chaleur
Duotherm
Des systèmes de récupération de chaleur spéciaux sont prévussur les compresseurs à vis refroidis par injection d’huile afin dechauffer l’eau non potable et l’eau de chauffage. Un échangeurde chaleur est installé dans le compresseur, dans le courantprincipal de l’huile chaude. L’huile brûlante du compresseurchauffe l’eau non potable et de chauffage.
L’échangeur de chaleur Duotherm fonctionne indépendammentdu système de refroidissement du compresseur car, placé enamont du radiateur d’air ou d’eau, il fait office de précondenseur.
Le système Duotherm BPT a pour but de chauffer l’eau dechauffage ou de production. Le coeur du système est constituépar un échangeur de chaleur à plaques, composé d’un certainnombres de plaques en acier inoxydable profilé. Les plaquesagencées les unes sur les autres forment un système de deuxcanaux isolés mutuellement. Les plaques sont soudées entreelles grâce à un processus de brasage spécial. Les joints, quiprésentent un risque de fuites inhérent, sont superflus.L’échangeur de chaleur qui en résulte fonctionne trèsefficacement en toute fiabilité.
Principe de fonctionnement
L’huile contenue dans le circuit de l’huile du compresseur estchauffée à +90°C et passe dans les plaques de l’échangeur dechaleur. L’eau qui vient en contre sens dans l’échangeur dechaleur est chauffée à +70°C. La quantité d’eau chauffée dépendde la différence de température.
Une soupape de réglage d’huile thermostatique est installée enamont et en aval de l’échangeur de chaleur. Selon la températurede l’huile, le courant d’huile est soit dirigé vers le radiateur d’huileet l’échangeur de chaleur, soit les contourne par une conduitede dérivation.
Caractéristiques
– Un espace clos se forme lorsque les soupapes d’arrêt sontfermées simultanément sur l’alimentation et l’évacuation del’eau. L’eau qui se réchauffe dans cet espace provoque unedilatation et une augmentation de la pression. Pour éviterde détériorer les plaques de l’échangeur de chaleur, il fautinstaller un vase d’expansion et une soupape de sécurité.
– Lorsque l’eau est fortement souillée, il faut installer uncollecteur d’impuretés présentant une largeur de pores de0,6 mm maximum dans la conduite d’arrivée d’eau.
– Il faut prévoir des purgeurs pour nettoyer l’échangeur dechaleur.
– L’échangeur de chaleur à plaques est normalement intégrédans la cage du compresseur. Il peut cependant être installéséparément ou être rajouté ultérieurement.
11.3.1 Duotherm BPT
Figure 11.3 :Système de récupération de la chaleurDuotherm BPT de BOGE
1 = Filtre d’aspiration2 = Régulateur d’aspiration3 = Bloc-vis4 = Réservoir d’air comprimé-huile5 = Séparateur d’huile6 = Soupape de réglage d’huile thermostat.7 = Radiateur d’huile8 = Filtre à huile9 = Soupape anti-retour à pression minima10 = Radiateur d’air comprimé auxiliaire11 = Echangeur de chaleur
Figure 11.4 :Schéma fonctionnel du Duotherm BPT de BOGE
1 2 3
4
5
6
67
8
9 10
11
Sortie air
comprimé
Refoulement
Avance
192
Récupération de la chaleur
11.3.2 Duotherm BSW
1 23
4
5
6
67
8
9 10
11
Sortie air
comprimé
Refoulement
Alim.
12 13
Le système Duotherm BSW permet de chauffer l’eau potableet non potable. Les règlements de sécurité appliqués dans ledomaine sanitaire étant différents, ce système se composed’un échangeur de chaleur de sécurité. Deux circuitsindépendants sont séparés d’un de l’autre par un liquideintermédiaire.
Le système BSW est un échangeur de chaleur à faisceautubulaire dans lequel se trouvent deux tubes qui ne se touchentpas. L’espace de sécurité contenu dans ce faisceau tubulaireest rempli d’un liquide intermédiaire non toxique. Le liquideintermédiaire a pour tâche de transmettre la chaleur etd’empêcher que l’huile ne se mélange à l’eau en cas dedommage. Une pollution de l’eau potable est ainsi exclue.
Un manostat d’asservissement est activé immédiatementlorsqu’un tuyau se rompt dans le système. L’impulsion émisepeut être traitée individuellement (pour donner l’alarme oudésactiver le système).
Principe de fonctionnement
L’huile contenu dans le circuit de l’huile du compresseur estchauffée à +90°C environ, puis passe dans un faisceau tubulaire.Le liquide intermédiaire transmet la chaleur à l’eau non potablecontenue dans le deuxième faisceau tubulaire. L’eau venant encontre sens par le deuxième faisceau tubulaire peut être chaufféeà +55°C environ. La quantité d’eau chauffée dépend de ladifférence de température. L’eau chaude est ensuite dirigée dansun réservoir approprié (ballon d’eau chaude), à partir duquel ellealimente le réseau d’eau chaude.
Une soupape de réglage d’huile thermostatique est installée enamont et en aval de l’échangeur de chaleur. Selon la températurede l’huile, le flux d’huile est soit dirigé vers le radiateur d’huileet l’échangeur de chaleur, soit les contourne par une conduiteen dérivation.
Caractéristiques
– La valeur réglée sur le manostat d’asservissement doit êtreau moins 20% inférieure à la pression minimale du produitutilisé.
– Conditions d’utilisationPression minimale de l’eau 0,5 barPression maximale de l’eau 16 barPression maximale de l’huile 16 barPression maximale du liquide intermédiaire 10 barTempérature maximale (huile et eau) +100°CDes défaillances se produisent et l’alarme est déclenchéelorsque la température maximale est dépassée.
– L’échangeur de chaleur de sécurité BSW est intégré dansle caisson du compresseur en fonction de sa taille. Il peutêtre également installé séparément ou être rajoutéultérieurement.
Figure 11.5 :Système de récupération de la chaleurDuotherm BSW de BOGE
1 = Filtre d’aspiration2 = Régulateur d’aspiration3 = Bloc vis4 = Révervoir d’air comprimé-huile5 = Séparateur d’huile6 = Soupape de réglage d’huile thermostat.7 = Radiateur d’huile8 = Filtre à huile9 = Soupape anti-retour à pression minima10 = Radiateur d’air comprimé auxiliaire11 = Echangeur de chaleur de sécurité12 = Manostat d’asservissement13 = Récipient de compensation
Figure 11.6 :Schéma fonctionnel du Duotherm BSW de BOGE
193
Récupération de la chaleur
11.3.3 Economies d’énergie réalisables Le système Duotherm permet de disposer de 75 % de lapuissance électrique absorbée par le compresseur au réseau.Il s’agit de la chaleur évacuée par l’huile du compresseur.
Les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous pour la quantitéde chaleur et d’eau chaude utilisables ont été définies sur labase de la rétention de l’énergie et des lois générales sur letransfert thermique. Elles s’appliquent en principe aux deuxsystèmes Duotherm. Si l’on utilise un système Duotherm BWT,le réchauffement de l’eau non potable au dessus de +55°C n’estpas économique, car la quantité d’eau chauffée est trop faible.
Les valeurs fournies supposent que le compresseur fonctionneen continu. Les pertes thermiques ne sont pas prises en compteen raison des différentes conditions d’exploitation. Le calculdes économies de chauffage se base sur un système dechauffage au mazout conventionnel :
– Valeur calorifique H spécifique du mazout 38,0 MJ/l– Prix du mazout 0,40 DM/l– Rendement thermique 75 %– Heures de fonctionnement 1000 h
Puissance Puissance Quantité de Quantité d’eau pour Economies
d’entraî- dissipée chaleur ∆∆∆∆∆t 25 K ∆∆∆∆∆t 35 K ∆∆∆∆∆t 50 K réalisées
nement utilisable 313 →→→→→ 338 K 293 →→→→→ 328 K 293 →→→→→ 343 K sur 1000 h
[ kW ] [ kW/h ] [ MJ/h ] [ m³/h ] [ m³/h ] [ m³/h ] [ DM ]
11,0 8,9 32,0 0,305 0,217 0,152 449,-15,0 12,3 44,2 0,420 0,300 0,210 620,-18,5 14,8 53,2 0,509 0,363 0,255 746,-22,0 17,7 63,7 0,609 0,435 0,305 894,-30,0 24,4 87,8 0,835 0,596 0,417 1232,-37,0 30,3 109,0 1,040 0,743 0,520 1530,-45,0 37,7 135,7 1,295 0,925 0,647 1905,-55,0 45,5 163,8 1,565 1,118 0,782 2300,-65,0 54,9 197,6 1,885 1,346 0,942 2770,-75,0 63,1 227,1 2,170 1,550 1,085 3187,-90,0 74,0 266,4 2,545 1,818 1,272 3740,-110,0 90,0 324,0 3,095 2,210 1,547 4547,-132,0 110,5 397,0 3,800 2,714 1,900 5570,-160,0 133,5 480,6 4,590 3,278 2,295 6745,-200,0 168,3 605,8 5,790 4,136 2,895 8500,-250,0 208,9 752,0 7,180 5,128 3,590 10550,-
194
Récupération de la chaleur
11.4 Récupération de la chaleur :
conclusion
Les compresseurs permettent de réaliser de très grandeséconomies sur le plan de l’énergie et des frais d’exploitationgrâce à la chaleur qu’ils produisent. Il ne faut cependant pascommettre l’erreur de vouloir utiliser coûte que coûte la chaleurgénérée par un petit compresseur. Cela ne sera généralementrentable que sur les gros compresseurs à vis et à pistons, etles systèmes combinés. L’énergie utilisable croît parallèlementà la puissance du compresseur.
Les frais d’investissement d’un dispositif de récupération de lachaleur dépendent dans une large mesure de l’architecture sursite. Il faut en tenir compte, car elles influencent grandement ladurée d’amortissement du dispositif.
Il est bon de décider dès le départ si la chaleur sera utiliséepour chauffer les locaux ou pour chauffer l’eau non potable etde chauffage, tout en considérant que le chauffage des locauxest rarement utilisé en été.
L’utilisation du compresseur joue un rôle essentiel lorsque l’onenvisage de récupérer la chaleur. Plus la durée de fonctionnementdu compresseur est élevée, plus l’utilisation de la chaleur qu’ilproduit sera rentable, car elle sera disponible en continu et enquantité suffisante.
Avant d’installer un dispositif de récupération de la chaleur, ilest conseillé de calculer la quantité de chaleur nécessitée surle site d’installation. Cette analyse sera alors comparée auxdurées de fonctionnement moyennes du compresseur.
La rentabilité du dispositif de récupération de la chaleur résultede cette comparaison. Elle montre également si la récupérationest en mesure de couvrir à elle seule les besoins en chaleur ousi un système de chauffage auxiliaire sera nécessaire.
195
Le son
12. Le son
12.1 La nature du son Les ondes sonores sont les vibrations mécaniques produitespar un milieu matériel élastique. Elles se propagent dans lesmilieux solides, liquides et gazeux sous forme de variations depression (ondes sonores) à partir d’une source sonore, c’est-à-dire d’un corps en vibration. L’acoustique est le domaine de laphysique qui traite des sons.
Les corps en vibration, indépendamment de leur forme et deleurs conditions de fonctionnement, sont en mesure detransmettre des ondes sonores. Ce sont des sources sonores.Il peut d’agir de cordes, de barres, de plaques, de colonnesd’air, de membranes, de machines, etc.
Les vibrations transmises à l’air ambiant sont qualifiées de bruit
aérien.
Les corps solides, gazeux ou liquides en vibration peuventtransmettre les vibrations sur les objets solides. On parle dansce cas de bruit du corps.
On observe les relations suivantes entre les vibrations émisespar une source sonore et le son perçu par l’oreille :
Amplitude de la vibration
L’amplitude est l’écart de pression périodique qui se produitdans une onde sonore.
Elle correspond à l’intensité sonore d’une impression sonoreressentie par une personne.
Fréquence de la vibration
La fréquence est le nombre de variations de pression au coursd’une unité de temps. Elle est généralement indiquée en Hz
(cycles par seconde).
Elle correspond à la hauteur du son d’une impression sonoreperçue par une personne.
Types de vibrations
Il existe différents types de vibrations qui provoquent desimpressions sonores également différentes :
– TonalitéUne tonalité (tonalité pure) est une vibration sinusoïdale.
– SonoritéUne sonorité est la superposition de plusieurs tonalités.Plusieurs vibrations sinusoïdales se superposent pour formerune vibration non sinusoïdale. La tonalité qui présente lafréquence la plus basse détermine l’intensité de la perceptionsonore dans son ensemble. Les autres tonalités (les sonsdominants) donnent l’impression du timbre acoustique.
– BruitUn bruit est une vibration irrégulière. C’est l’association deplusieurs fréquences de différentes magnitudes.
– DétonationUne détonation est une impression sonore unique, brève etviolente.
12.1.1 La perception du son
Figure 12.1 :Les impressions sonores
Tonalité
Sonorité
Bruit
Détonation
Am
pli
tud
e (p
res
sio
n
so
no
re
)
Temps
196
Le son
12.2 Terminologie de base
en matière d’acoustique
12.2.1 Pression acoustique La pression acoustique p~
est l’écart de pression périodique(sous-pression, surpression et pression alternée) qui se produitdans une onde sonore. Elle est exprimée en Pa (10-5 bar).
Dans les milieux gazeux, la pression acoustique est superposéeà la pression gazeuse existante p. La pression acoustiquedépend dans une large mesure de différents facteurs, tels quepar exemple l’intensité de la source sonore, les conditions del’environnement, etc.
La pression acoustique oscille entre 2 × 10-4 Pa env. dans lecas du tic tac d’une montre et 65 Pa environ à proximitéimmédiate d’un avion au décollage.
Pour pouvoir mieux manipuler les grandeurs acoustiques, lavaleur est comparée à une grandeur de référence et portée aulogarithme. Les niveaux, logarithmes d’une valeurproportionnelle, sont des grandeurs abstraites. La désignationdB (décibel) y est ajoutée.
Le niveau de pression acoustique est défini proportionnellementà la pression de référence p
0 = 2 ××××× 10-5 Pa et porté au logarithme.
La formule suivante permet de calculer le niveau de pressionsonore :
12.2.2 Niveau sonore
p~
Lp
= 20 lg —— dBp
0
LP
= Niveau de pression acoustique [dB]
p~
= Pression acoustique [Pa]
p0
= Pression acoustiquede réf. [2 × 10-5 Pa]
Les autres grandeurs en matière d’acoustique sont traitées demanière similaire. En acoustique, on utilise généralement lesniveaux pour indiquer des grandeurs.
L’intensité sonore exprime l’énergie sonore dégagée par unesource sonore en une seconde. Il s’agit d’une grandeurspécifique à la machine (grandeur d’émission) qui peut êtreinfluencée en prenant des mesures d’insonorisation.
L’intensité sonore d’une machine permet par exemple de calculerapproximativement le niveau de pression acoustique qui règneà un endroit précis. Il est tenu compte de l’éloignement, desconditions de construction et des autres sources sonores pource faire et il s’avère souvent inutile de réaliser d’autres mesures.
12.2.3 Intensité sonore
197
Le son
Seules les fréquences situées entre 16 et 20000 Hz sontgénéralement audibles pour l’oreille humaine. Les fréquencesplus élevées sont connues sous le terme d’ultrasons, lesfréquences plus basses sont qualifiées d’infrasons. La pressionacoustique perceptible oscille entre 10-5 Pa et 100 Pa, unepression acoustique de 100 Pa provoquant presque toujours ladestruction de l’organe auditif.
L’oreille humaine ne perçoit pas les différentes pressionsacoustiques et fréquences avec la même intensité. La plageaudible présentée ci-contre schématise les gammes depressions acoustiques et de fréquences perceptibles par l’oreillehumaine. La courbe inférieure symbolise le seuil d’audibilité
et la courbe supérieure le seuil de douleurs. La gamme depression acoustique la plus large perçue par l’oreille se situeaux alentours de 1000 Hz .
La pression acoustique est une grandeur physique qui peutdonc être mesurée. L’intensité avec laquelle une personne laperçoit est une grandeur physiologique qui dépend du sens del’ouïe de chacun.
Le niveau d’intensité est une valeur définie de manière empirique.La perception de l’intensité sonore ressentie par diversespersonnes a fait l’objet de toute une série de tests à partirdesquels il a été possible d’établir une moyenne. Le niveaud’intensité d’un son est exprimé en Phone.
A 1000 Hz, le niveau d’intensité est égal au niveau de pressionacoustique non pondéré. Le niveau d’intensité ne peut pas êtremesuré au moyen d’instruments de mesure. Pour cette raison,il est très difficile et voire impossible de réaliser des mesurescomparatives ou des calculs.
Les grandeurs acoustiques doivent être adaptées au niveau deperception de l’oreille humaine pour pouvoir être vérifiées sur leplan technique. Le niveau de pression acoustique réel est ajustéà la sensibilité de l’oreille en fonction de la fréquence au moyende valeurs de correction précises. Différentes courbes standardont été définies au niveau international pour les valeurs decorrection.
Les courbes indiquées ci-dessous illustrent différents domainesd’applications.
A – Courbe LN = 30 - 60 Phones.
B – Courbe LN = 60 - 90 Phones.
C – Courbe correspondant à la plage auditive linéaire
D – Courbe correspondant au bruit d’un avion
Un niveau sonore pondéré est caractérisé par la lettrecorrespondant à sa courbe, dB (A) par exemple.
La courbe A est principalement utilisée pour mesurer le bruitémis par les compresseurs et autres machines. La norme DIN45635 se sert du niveau de pression acoustique pondéré Apour mesurer le bruit.
12.3.1 Niveau d’intensité d’un son
12.3.2 Niveau sonore pondéré dB ( A )
12.3 Perception du son par
l’oreille humaine
Seuil
d’audibilité
Seuil de douleurs
Plage audible
Niv
. d
e p
r. a
co
us
tiq
ue
[d
B]
Fréquence [Hz]Figure 12.2 :La plage audible de l’oreille humaine
198
Le son
12.3.3 Comparaison des différentes
intensités sonores
Le diagramme ci-dessous illustre, outre la gamme auditivemoyenne humaine, située entre le seuil d’audibilité et le seuilde douleurs, divers exemples symbolisant plusieurs intensitéssonores.
Niv
eau
de p
ressio
n a
co
usti
qu
e [d
B]
Seuil de douleurs
Phone
Fréquence [Hz]
Le tic-tac d’une montre correspond à un niveau de pressionacoustique de 20 dB (A) environ.
Une conversation normale à une distance de 1 m environcorrespond à un niveau de pression acoustique de 70 dB (A)env.
Froid
seuil au
ditif n
orm
al
199
Le son
12.4 Comportement du son La propagation et le comportement général du son dépendentde différents facteurs. Il faut aussi considérer que la puissancesonore d’une machine (source sonore) reste constante.
La pression acoustique générée par une source sonore diminueobligatoirement plus on s’en éloigne. La puissance sonoreconstante émise par une source sonore se répartit sur unesurface qui augmente en fonction de la distance (dispersion).La forme de l’onde sonore ne joue pas un grand rôle lors de cephénomène. Les machines et les compresseurs émettent uneénergie sonore qui se présente presque toujours sous la formed’une demi-sphère, car ces appareils sont généralement poséssur un sol ferme.
Le niveau de pression acoustique diminue conformément auxvaleurs indiquées dans le tableau ci-dessous, la valeur deréférence est une distance de 1 m :
Ces valeurs, fournies à titre indicatif, supposent la librepropagation du son sur un plan dégagé. Un certain pourcentagede réflexion causée par un sol normal et réverbérant a été prisen considération.
Exemple
Un compresseur à vis superinsonorisé BOGE S 21 se trouvedans un vaste hall. Il génère un niveau de pression acoustiquede 69 dB (A) selon DIN 45635. A 10 m de distance, le niveausonore généré par le compresseur ne sera plus que de 57 dB(A) environ.
Une partie du son est réfléchie par les murs et d’autres objets.Un champ d’ondes sonores diffuses dû aux réflexions se produità l’intérieur des locaux. Le niveau de pression acoustique généralest accru dans le local en raison des sons réfléchis, qui sonten fait de l’écho.
Les matériaux extrêmement durs et lisses, tels que les mursen briques, réfléchissent une grande partie du son. La forme dela surface revêt une importance essentielle lors de la réflexion.Si on isole une pièce au moyen de pyramides de matériauisolant dans un ordre précis, on obtient une chambre sourdeinsensible aux réflexions. Des chambres de ce genre sontutilisées pour réaliser des mesures de pression acoustique etanalogues avec une précision scientifique.
Le son qui n’est pas réfléchi est absorbé par les murs ou lesobjets. Le matériau transmet le son absorbé et l’amortit. Il estgénéralement transmis à un autre milieu, l’air par exemple. Lesmatériaux présentant un module élastique élevé, comme l’aciernotamment, sont d’excellents conducteurs de son. L’amortis-sement est généralement faible.
12.4.1 Distance par rapport à une source
sonore
12.4.2 Réflexion et absorption
Eloignement de la source sonore [m] 1 2 5 10 25 50 100
Réduction du niv. de pr. acoustique[dB (A)] 0 5 12 16 23 28 32
Figure 12.2 :Propagation du son dans une pièce fermée
Réflexions
Son direct
200
Le son
L’amortissement est la conversion de l’énergie sonore en chaleur,générée par le frottement des particules entre elles. Le son estabsorbé au cours de ce phénomène. Le bruit transmis par l’airest amorti au moyen de matériaux d’absorption poreux oufibreux, présentant un faible coefficient d’élasticité et une grandedensité au mètre carré (kg/m²). L’amortissement du son grâceà l’emploi de matériaux appropriés dépend également duspectres de fréquences du son. Certaines fréquences sontamorties davantage que d’autres.
La température et l’humidité jouent un grand rôle dansl’amortissement du son par l’air. Dans des conditions norma-les, il ne se fait ressentir qu’à partir d’une distance de 200 m.L’amortissement est plus important lorsque l’humidité est trèsélevée, en présence de brouillard par exemple.
Des lois particulières régissent la propagation du son dans lestuyaux et les conduites. Le flux et les réflexions dans un canalétroit favorisent la propagation du son. Il est nécessaire deprendre des mesures contre la libre propagation du son dansles gaines, particulièrement si on utilise l’air d’échappement ducompresseur pour le chauffage.
Une onde sonore est dirigée dans le canal d’évacuation à partird’un compresseur insonorisé. Le son qui n’est pas absorbé parle dispositif d’insonorisation se propage dans le système decanalisations. Il parvient dans les locaux chauffés sansrencontrer d’obstacles.
Il est possible de prendre différentes mesures pour limiter lapropagation du son dans les gaines ou les tuyaux :
– Amortissement linéaireLes gaines sont revêtues de matériaux très absorbants.L’énergie sonore est ainsi réduite et le niveau de pressionacoustique diminue dans les gaines.
– Silencieux à absorptionUn matériau absorbant le son (laine minérale par exemple)est introduit dans une section de la gaine. Il absorbe unegrande partie de l’énergie sonore, de la même manière queles murs. Le désavantage majeur de ce silencieux résidedans sa grande résistance hydraulique. Il est déconseilléd’installer un silencieux de ce genre dans les gaines dotéesde ventilateurs par évacuation de grandes dimensions.
12.4.3 Amortissement du son
Son émis
Son
réfléchi
Son
absorbé
Son
Figure 12.3 :Isolation sonore par les murs
12.4.5 Propagation sonore dans les
tuyaux et les conduites
Figure 12.4 :Silencieux à absorption à coulisseaux droits
201
Le son
12.4.6 Niveau de pression acoustique
de plusieurs sources sonoresLe niveau de pression acoustique est renforcé si plusieurssources sonores cohabitent dans une pièce. Plus on émetd’énergie sonore, plus la pression sonore est élevée. L’intensitéperçue augmente. Les corrélations ne sont pas linéaires. Ellesdépendent dans une large mesure de la structure de la pièce,du niveau de pression acoustique des différentes sources et duspectre de fréquence de ces sources. Les deux cas les plussimples seront ici développés pour expliquer ces corrélations.
Les indications fournies ne sont que des valeurs à titre indicatif.De nombreux facteurs n’étant pas pris en considération, il estpossible qu’elles présentent d’importantes divergences dansdes cas particuliers.
La corrélation est relativement simple lorsque deux ou plusieurssources sonores de niveau de pression acoustique identiquecohabitent dans la même pièce. Le tableau ci-dessous indiquel’accroissement du niveau de pression acoustique, sans tenircompte des éventuelles réflexions ou perturbations acoustiques.
Le niveau de pression acoustique total est obtenu enadditionnant son accroissement à celui des différentes sourcessonores.
Exemple
Trois compresseurs à vis superinsonorisés BOGE S 21 setrouvent dans un vaste hall. Chacun d’eux génère un niveau depression acoustique de 69 dB (A) selon DIN 45635. Le niveaude pression acoustique total sera donc de 74 dB (A) [69 + 5].
Le niveau de pression acoustique total de deux niveaux sono-res différents (L
1 et L
2) est déterminé au moyen d’un diagramme.
Dans le cas de plusieurs sources sonores de niveaux différents,les corrélations deviennent très compliquées.
Le diagramme indique le nombre de décibels (∆∆∆∆∆L) à partir duquelL
1, le niveau de pression acoustique le plus élevé, augmente
en fonction de la différence des deux niveaux (L1 - L
2).
Exemple
Un compresseur émettant un niveau de pression acoustiquede 69 dB (A) selon DIN 45635 et un compresseur dégageant unniveau de pression acoustique de 74 dB (A) se trouvent dans lamême pièce. Le niveau de pression acoustique total sera dansce cas de 75,3 dB (A) environ.[74 - 69 = 5 → 74 +1,3 = 75,3]
Nombre de sources sonores 2 3 4 5 10 15 20
Augment. du niv. de pres. acoustique [dB (A)] 3 5 6 7 10 12 13
12.4.6.1 Niveau de pression acoustique
de plusieurs sources sonore de
niveaux identiques
12.4.6.2 Niveau de pression acoustique
de deux sources sonores de
niveaux différents
∆∆∆∆ ∆L
[ d
B (
A)
]
L1- L
2 [ dB ( A ) ]
L1 + L
2→→→→→ L
1 + ∆∆∆∆∆L
Figure 12.5 :Amplification du son de deux sources de niveaudifférent
202
Le son
12.5 Effets du bruit
Le bruit est une forme de son, mais il s’agit d’un son indésirable,gênant, voire même douloureux. Le bruit a différents effetsnégatifs qui dépendent de son niveau de pression acoustique :
– Difficultés de concentration
– Un niveau de pression acoustique de 70 dB (A) gêne lacommunication vocale.
– Un niveau de pression acoustique de 85 dB (A) causegénéralement une lésion auditive temporaire à l’issue d’unejournée de 8 heures. Si cette contrainte est appliquéependant plusieurs années, des lésions auditives durablespeuvent en résulter.
– Un niveau de pression acoustique de 110 dB (A) cause uneréduction des facultés auditives en très peu de temps. Sicette contrainte persiste pendant plusieurs heures, il enrésultera très probablement une lésion auditive permanen-te.
– Un niveau de pression acoustique de 135 dB (A) et davantageprovoque généralement une lésion immédiate du sens del’ouïe.
Figure 12.6 :Bruit néfaste pour la santé
Niv
eau
de p
ressio
n a
co
usti
qu
e [d
B (A
)]
Réactions
physiquesColère
Irritation
Réactions
physiologiqueseffets nerveux, stressrendement de travailmoindre, pertes de
concentration
Lésions
mécaniquesSurdité
Lésions
auditivesSurdité causée parle bruit, lésions de
l’oreille interneirrémédiables
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
203
Le son
Des règles de sécurité contre le bruit ont été définies pour lesemplacements de travail afin d’éviter les effets négatifs qu’ilentraîne. Les directives de protection contre le bruit ont pourbut de protéger les facultés auditives des employés à longueéchéance et d’améliorer les conditions de travail générales.
Les règles de sécurité auxquelles les entreprises générant dubruit doivent satisfaire sont énumérées ci-dessous.
– Les zones bruyantes excédant 90 dB (A) doivent faire l’objetd’un marquage particulier.
– A partir de 85 dB (A), des équipements de protection contrele bruit doivent être mis à la disposition des employés. Leséquipements de protection auditive doivent être portéscontinuellement lorsque le niveau de pression acoustiquedépasse 90 dB (A).
– Des mesures appropriées doivent être prises si les risquesd’accident croissent avec le bruit.
– Une visite médicale préventive régulière est prescrite par lelégislateur pour tous les employés lorsque le niveau depression acoustique dépasse 85 dB (A).
– Les locaux de travail nouvellement construits doivent satisfaireaux techniques les plus modernes en matière de limitationdu bruit.
§ 12 par. 3 Le niveau de pression acoustique maximumadmissible est de 85 dB (A) lorsque l’installationse trouve à l’intérieur des locaux de travail. Le bruitest mesuré sur l’emplacement de travailconformément aux spécifications de la norme DIN45635.
Remarque : Les locaux d’activités sont dissociés du localtechnique du compresseur, même si desopérations de maintenance prolongées y sontexécutées.
Le niveau de pression acoustique mesuré dans les locaux detravail doit rester aussi faible que possible (§ 15). Il ne doit pasexcéder les valeurs suivantes :
55 dB (A) dans le cas d’une activité principalementintellectuelle sur l’emplacement de travail.
55 dB (A) dans les locaux de détente.
70 dB (A) dans le cas d’activités de bureau simples etprincipalement mécanisées.
85 dB (A) dans le cas des autres activités (production,montage et activités similaires).
12.6 Directives de protection
contre le bruit
12.6.2 Règles de sécurité en vigueur
pour les compresseurs (VBG 16)
(avril 1987)
12.6.3 Directives nationales appliquées
sur l’emplacement de travail
(avril 1975)
12.6.1 Règles de sécurité applicables
par les entreprises générant du
bruit
(décembre 1974)
204
Le son
Ces règlements définissent les valeurs d’émission généralesappliquées aux zones commerciales et résidentielles. Ilsspécifient le niveau de pression acoustique admissible dansles zones correspondantes. Il faut en outre tenir compte nonseulement du bruit inhérent à la circulation automobile, maisaussi de celui causé par les entreprises industrielles.
Emplacement de la mesure :
A 0,5 m d’une fenêtre ouverte auprès de la personne la plustouchée par le bruit.
12.6.4 Règlements administratifs
généraux nationaux relatifs au
bruit (juillet 1984)
Niveau de pression acoustique max. admissible
Site Jour Nuit
6.00 à 22.00 h 22.00 à 6.00 h
dB ( A ) max. dB ( A ) max.
Zone industrielle à 100% 70 70
Zone essentiellementindustrielle 65 50
Zone industrielle etlogements 60 45
Majorité de logements 55 40
100% de logements 50 35
Cliniques et hôpitaux 45 35
Logements constituantdes annexes desbâtiments industriels 60 45
205
Le son
12.8 Insonorisation
des compresseurs
Pour mesurer le bruit émis par les compresseurs et machinessimilaires, on se sert en premier lieu de la méthode de la
surface enveloppante selon DIN 45635. Cette norme définitles conditions nécessaires pour mesurer le bruit émis par lescompresseurs et machines similaires dans leur environnementimmédiat au moyen de méthodes standard, permettant ainside comparer les résultats.
Le bruit est avant tout mesuré sur les compresseurs et machinesafin de définir si certaines exigences doivent être remplies. Lesvaleurs déterminées sont précieuses pour
– comparer des machines similaires.
– comparer des machines différentes.
– estimer le niveau de pression acoustique à une certainedistance.
– vérifier les émissions sonores spécifiées par les directivesde protection contre le bruit.
– planifier les mesures de protection contre le bruit.
Les compresseurs dépassent parfois un niveau de pressionacoustique de 85 dB (A), qui sera encore plus important siplusieurs compresseurs dépourvus d’un équipementd’insonorisation fonctionnent dans une même pièce. Il estrecommandé dans ce cas d’installer des compresseursinsonorisés, car la loi relative à la protection du travail conseillele port d’équipements de protection auditive à partir de 85 dB (A),et les rend obligatoires à partir de 90 dB (A).
Les compresseurs insonorisés peuvent être installés surl’emplacement de travail. On évite ainsi les frais occasionnéspar les longs réseaux de conduites, les salles de compresseursséparées, et on limite les chutes de pression dans les conduitesd’air comprimé.
Les matériaux utilisés pour réaliser l’insonorisation doiventsatisfaire à certaines exigences :
– ininflammabilité
– insensibilité à la poussière
– insensibilité à l’huile
La laine minérale (ou fibres de verres) est principalement utiliséepour insonoriser les compresseurs. On emploie également desmatériaux en mousse exempts de CFC, difficilementinflammables, auto-extincteurs, intégrés dans le capotage ducompresseur.
Figure 12.7 :Compresseurs à vis insonorisés BOGE
12.7 Mesure du bruit
206
Coûts de l’air comprimé
13. Coûts de l’air comprimé
13.1 Composition des coûts de
l’air comprimé
Les frais d’exploitation de l’air comprimé peuvent êtredécomposés en trois parties :
– Frais de maintenance et de réparationsLes frais de maintenance comprennent le salaire du monteur,les pièces détachées et les matériaux consommables : huilede lubrification et de refroidissement, filtre à air, filtre à huile,etc.
– Coûts énergétiquesLes coûts énergétiques sont les frais d’électricité ou decarburant. Ils sont nécessaires pour chauffer le compresseur.
– Côuts financiersLes coûts financiers se composent des intérêts et duremboursement des investissements (compresseur,système de traitement et réseau de conduites) liés au capital.Ce sont les coûts d’amortissement et les coûts du loyer del’argent.
Le pourcentage représenté par les différents facteurs seradifférent en fonction des heures de fonctionnement annuelles.On comptera 2000 heures si le compresseur fonctionne 8 heurespar jour, 4000 heures s’il tourne 16 heures par jour et 7500heures par an s’il fonctionne 24 heures sur 24.
Un Kilowatt heure de 0,25 DM, une période d’amortissementdes coûts de 5 ans et un taux d’intérêt de 8 % ont été considéréspour déterminer les pourcentages.
Facteurs de coûts Heures de service par an
2000 h/A 4000 h/A 7500 h/A
[ % ] [ % ] [ % ]
Maintenance etréparations 2 2,5 2,7
Coûts énergétiques 73 84 87
Coûts financiers 25 13,5 10,3
13.1.1 Les coûts de l’air comprimé en
pourcentage
On constate clairement que les frais consacrés à l’énergiereprésentent le facteur essentiel. Les frais de maintenance etde réparations peuvent être considérés comme secondaires,les coûts financiers ont également très peu de poids à longueéchéance. Le critère principal lors de l’acquisition d’uneinstallation de compresseurs sera donc sa consommationénergétique.
Frais de maintenance et de réparations
Frais énergétiques
Coûts financiers
Figure 13.1 :Coûts de l’air comprimé en fonction de la duréed’utilisation annuelle
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
2000 h/A 4000 h/A 7500 h/A
207
Coûts de l’air comprimé
13.2 Calcul de rentabilité des coûts d’énergie
Constructeur BOGE
Type Compresseur à vis
Modèle S40
( 1 ) Débit réel de l’installation (D) m³/h 303
selon PN2 CPTC2
Température ambiante t = 20°C
Pression de service bar 8
( 2 ) Consommation électrique
du compresseur kW
de la courroie kW
de l’entraînement kW
du ventilateur kW
de l’installation complète (Pe
) kW 31,89
( 3 ) Rendement du moteur (h) 92,5
pour un type de protection IP 54
( 4 ) Puissance totale absorbée (Pi) kW 34,47
dans le réseau
Pi = P
e ( 2 ) x 100 / h (3)
( 5 ) Prix du courant (c ) DM/kWh 0,25
( 6 ) Frais de courant horaires DM/h 8,62
C = Pi ( 4 ) x c ( 5 )
( 7 ) Coûts par m³ d’air comprimé DM/m³ 0,0284
CV = C ( 6 ) / D ( 1 )
( 8 ) Frais annuels
Besoins en air comprimé ( DN
) m³/h 300
Heures de fonctionnement annuelles h 2000
Consommation d’air annuelle m³ 600000
DN/A = h x D
N
( 9 ) Montant des frais annuels DM/An 17040
CA = DN/A ( 8 ) x C
V ( 7 )
( 10 ) Frais supplémentaires par an
Les pourcentages de marche à vide éventuels n’ont pas été considérés dans le calcul.
208
Certification CE
14. Certification CE
14.1.1 Directives relatives aux machines
commercialisées dans la CEE
Le sigle CE représente le passeport technique d’une machine.Depuis le 1er janvier 1995, il est interdit de vendre des machineset installations au sein des pays de la communauté européenneou de les exposer si elles ne portent pas le sigle CE.
Les machines et les dispositifs doivent ainsi satisfaire nonseulement aux directives CE „Machines“, mais aussi auxprescriptions et normes complémentaires éditées par la CE.
Directives appliquées dans le cas des compresseurs :
– Directive „Machines“ 89/392/CEE (depuis le 1.1.95)
– Directive sur les bassestensions 73/23/CEE (depuis le 1.1.1997)
– Directives sur la compatibilitéélectromagnétique 89/336/CEE (depuis le 1.1.1996)
– Directive sur les réservoirs souspression simples 87/404/CEE
La „Directive du conseil d’adaptation des prescriptions légalesdes pays membres concernant les machines“ (89/392/CEE),appelée couramment directive „Machines“, joue un rôledéterminant.
Elle ne définit pas les mesures adaptées à chaque groupe deproduits, mais impose des règles de sécurité générales dansle domaine des machines et des dispositifs sur les sitesd’installation.
Les exigences relatives à la sécurité et à la protection sanitairedemandées aux machines figurent dans l’annexe I desdirectives „Machines“ et constituent en fait la base sur laquellele fabricant va travailler.
En Allemagne, les directives „Machines“ ont par exemple étéconverties en droit national par la directive numéro 9 de la loisur la sécurité des machines (directive sur les machines).
Dans le sens de ces directives, les machines sont un ensemblede pièces ou d’éléments reliés entre eux, un au moins étantmobile, ainsi que d’actionneurs, de circuits de commande etd’énergie, assemblés dans le but d’une application précise.
Les éléments de sécurité, tels que les composants decommutation à 2 mains, sont aussi soumis aux directives. Leterme „Machines“ est donc défini de manière très large.
Certains équipements qu’il est obligatoire de spécifier ne sontpas couverts par la directive „Machines“. Ce sont, entre autres,les machines mues par la seule force musculaire.
Les compresseurs électriques de BOGE sont donc soumis auxdirectives „Machines“.
14.1 Introduction
14.1.2 Domaines d’applications
Figure 14.1Le sigle CE
Figure 14.2Les pays de la communauté européenne
209
Certification CE
14.2 Mise en service des machines
sur le marché
Les machines introduites sur le marché doivent satisfaire auxconditions énoncées ci-dessous.
– Le sigle CE doit être apposé sur la machine. Il faut qu’il soitvisible, parfaitement lisible et permanent.
– Un certificat de conformité ou du fournisseur CE doit êtrejoint à la machine. Grâce à ce certificat, le fabricant confirmeque la machine satisfait aux exigences de sécurité et queles processus prescrits dans le certificat de conformité CEou le contrôle de modèle type CE ont été respectés.
– Une documentation technique de la machine doit être dis-ponible auprès du fabricant (totalité des plans, certificats etrapports d’inspection, liste des normes et des règles desécurité respectées).
– Des instructions de service originales et des instructions deservice traduites dans la langue du pays d’utilisation doiventêtre jointes à la machine.
Par la directive „Machines“, les autorités de surveillance despays membres de la CE s’engagent à vérifier que les directivesont été respectées sur les machines portant le sigle CE enréalisant des contrôles effectués au hasard.
Des mesures doivent être prises s’il est constaté que la machineprésente une source de risques pour des personnes, animauxdomestiques ou marchandises.
Ces mesures, prises par les autorités de surveillance peuventse présenter sous forme
– d’amandes.
– d’interdiction de mise en circulation de la machine.
– de rappel de toutes les machines concernées.
Le constructeur est autorisé à apposer le sigle CE sur sesmachines dès la signature du certificat de conformité ou defournisseur CE.
Le sigle CE se compose des lettres „CE“ et éventuellement dunom du service qui a vérifié la conformité. Il doit être visible,lisible et permanent. Sa hauteur est de 5 mm au minimum. Surles machines de petites dimensions, cette hauteur minimalepourra être adaptée.
Le sigle CE n’est pas une marque de qualité ou de sécurité. Ildoit être uniquement compris comme marque d’homologation,ou passeport de la machine. Il permet la libre circulation desmarchandises au sein du marché intérieur européen.
14.2.1 Sigle CE
Figure 14.3Le sigle CE
210
Certification CE
14.2.2 Certificat de conformité CE La directive „Machines“ 89/392/CEE stipule que le constructeurde la machine ou du dispositif doit confirmer par écrit que lamachine qu’il introduit sur le marché satisfait aux exigencesde base sur le plan de la sécurité et sanitaire spécifiées dansl’annexe I de la directive.
Cette confirmation écrite doit être rédigée dans la même langueque les instructions de service. Une version dans une deslangues du pays d’utilisation doit y être jointe.
Le certificat de conformité CE doit contenir un certain nombred’informations, spécifiées ci-dessous.
– Nom et adresse du constructeur (ou de la personneresponsable dans le cas d’une communauté).
– Description de la machine ou du dispositif (modèle, type,numéro de série, etc.)
– Règlements importants auxquels la machine satisfait(spécification de toutes les directives qui s’appliquent à lamachine ou au dispositif)
– Où trouver les normes harmonisées si nécessaire
– Normes techniques et spécifications nationaleséventuellement appliquées
– Informations sur le signataire (titre, position dans l’entreprise)
– Nom et adresse du service de contrôle et de certificationaccrédité qui a effectué la vérification
Le certificat de conformité CE de la société BOGE pour lescompresseurs prêts à être raccordés est présenté sur la pagesuivante.
211
Certification CE
(D)Konformitätserklärung gemäß EG-Richtlinie 89/392/EWG(I) Dichiarazione di conformità secondo la direttiva CE 89/392/CEE(GB) Conformity declaration in accordance with EC guideline 89/392/EEC(F) Certficat de conformité selon la réglementation CE 89/392/CEE(E) Declaración de conformidad según la norma EG 89/392/CEE(P) Declaração de conformidade segundo as Normas 89/392/CEE(NL) Conformiteitsverklaring volgens EG-richtlijn 89/392/EEG(DK) Overensstemmelseserklæring i.h.t. EF-Maskindirektiv 89/392/EøF(S) Konformitetsförklaring enligt EG-riktlinje 89/392/EEC(N) Konformitetserklæring i henhold til EU direktiv 89/392/EøF
Wir - Noi - We - Nous - Nosotros - Nos - Wij - Vi - Vi - ViB O G E Kompressoren, Lechtermannshof 26, 33739 BIELEFELD
.................................................................................................................................................................................Typ/Tipo /Type/Type/ Maschinennr./ N.della maccina/ Machine No.Tipo/Tipo/ Type/Type/ N° de machine/ N° de serie/ N° da máquina/Typ/Type Machineno./ Maskin-nr./ Maskinnr./ Maskinnr
(D) Angewendete harmonisierte Normen, insbesondere :(I) Norme armonizzate applicate, in particolare:(GB) Harmonized standards applied, in particular: prEN 1012 Teil 1 Sicherheitsanforderungen Kompressoren(F) Normes harmonisées appliquées, en particulier: EN 292 Teil 1+2 Sicherheit von Maschinen(E) Normas armonizadas aplicadas, en particular: EN 294 Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsabstände(P) Normas armonizadas aplicadas, em especial: EN 60204 Teil 1 Sicherheit von Maschinen - Elektr. AusrüstungNL) Toegepaste geharmoniseerde normen, speciaal: EN 286 Teil 1 Einfache unbefeuerte Druckbehälter(DK) Anvendte harmoniserede standarder, især: EN 50081-1,2 Elektromagnetische Verträglichkeit - StöraussendungS) Tillämpade harmoniserade normerna, sårskilt: EN 50082-1,2 Elektromagnetische Verträglichkeit -StörfestigkeitN) Anvendte harmoniserte normer, særlig:
(D) Angewendete nationale Spezifikationen, insbesondere :(I) Specificazioni nationali applicate, in particolare:(GB) Harmonized standards applied, in particular:(F) Spécifications nationales appliquées, en particulier:(E) Especificaciones nacionales aplicadas, en particular: Gerätesicherheitsgesetz(P) Especificações nacionais aplicadas, em especial: Verordnungen zum Gerätesicherheitsgesetz(NL) Toegepaste nationale specificaties, speciaal:(DK) Anvendte nationale specifikationer, især:(S) Tillämpade nationella specifikationer, sårskilt:(N) Anvendte nasjonale spesifikasjoner, særlig:
Bielefeld, le Beutel, directeur développement/construction..................................................................
(D) erklären hiermit, daß der nachstehende Kompressor in der vonuns gelieferten Ausführung folgenden einschlägigen Bestimmun-gen entspricht, insbesondere: 89/392/EWG Maschinenrichtlinie,73/23/ EWG Niederspannungsrichtlinie, 87/404/EWG Richtlinieüber einfache unbefeuerte Druckbehälter, 89/336/EWG Richtlinieüber elektromagnetische Verträglichkeit
(I) dichiariamo con la presente che il compressore seguentene’llesecuzione da noi fornita corrisponde alle norme applicate, inparticolare : 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE
(GB) hereby declare that the following compressor in the designdelivered by us meets the standards applied, in particular: 89/392/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC
(F) déclarons par la présente que le compresseur délivrémentionné ci-dessous est conforme aux normes, en particulier: 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE
(E) declaramos por la presente que el compresor figurado al finalen la ejecución que hemos suministrado cumple las normasaplicadas, en particular: 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE,89/336/CEE
(NL) verklaren hiermede, dat de onderstaande compressor indedoor ons geleverde uitvoering aan de toegepaste normen voldoet,speciaal: 89/392/EEG, 73/23/ EEG, 87/404/EEG, 89/336/EEG
(DK) erklærer hermed, at følgende kompressor i den af osleverede udførelse stemmer overens med de anvendte standarder,især: 89/392/ EøF, 73/23/ EøF , 87/404/ EøF, 89/336/ EøF
(S) förklarar härmed att nedanstående kompressor i av osslevererat utförande uppfyller de tillåmpade normerna, sårskilt: 89/392/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC
(N) erklærer hermed at nedenstående kompressor i den utførelsesom er levert av oss er overensstemmelse med de anvendtenormer, særlig: 89/392/ EøF, 73/23/EøF, 87/404/EøF, 89/336/ EøF
(P)declaramos pela presente, que o compressor, a seguirmencionado na versão por nós fornecida corresponde às normasaplicadas, em especial: 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE
212
Certification CE
14.2.3 Certificat de fournisseur CE Lorsqu’une machine, un élément de machine ou un agrégatsont intégrés dans une autre machine, ou lorsqu’un élément demachine est ajouté à d’autres (parties de) machines pour n’enplus former qu’une seule, et que cette machine ou cet élémentde machine ne peut pas fonctionner tout(e) seul(e), il faut quecette machine (élément de machine, agrégat) soit accompagnéed’une déclaration du constructeur ou de la personneresponsable. Dans cette déclaration, le constructeur doitconfirmer par écrit que la machine qu’il commercialise estconforme aux exigences demandées sur le plan de la sécuritéet sanitaire spécifiées dans l’annexe I des directives „Mach-ines“ 89/392/CEE.
Cette déclaration doit être rédigée dans la même langue queles instructions de service. Une version doit être jointe dansune des langues du pays d’utilisation et accompagner chaquemachine.
Le certificat de fournisseur CE doit contenir un certain nombred’informations, spécifiées ci-dessous.
– Nom et adresse du constructeur (ou de la personneresponsable dans le cas d’une communauté).
– Description de la machine ou du dispositif (modèle, type,numéro de série, etc.)
– Règlements importants auxquels la machine satisfait(spécification de toutes les directives qui s’appliquent à lamachine ou au dispositif)
– Où trouver les normes harmonisées si nécessaire
– Normes techniques et spécifications nationaleséventuellement appliquées
– Remarque spécifiant que la mise en service est interditejusqu’à ce qu’il soit constaté que la machine dans laquellecette machine sera intégrée satisfait aux prescriptions dela directive „Machines“ CE 89/392/CEE
– Informations sur le signataire (titre, position dans l’entreprise)
– Nom et adresse du service de contrôle et de certificationaccrédité qui a effectué la vérification
Le certificat de fournisseur de la société BOGE pour lescompresseurs intégrés est présenté sur la page suivante.
213
Certification CE
(D)Herstellererklärung gemäß EG-Richtlinie 89/392/EWG(I) Dichiarazione del fabricante secondo la direttiva CE 89/392/CEE(GB) Manufacturer’s declaration in accordance with EC guideline 89/392/EEC(F) Certficat du fournisseur selon la réglementation CE 89/392/CEE(E) Nota explicativa del fabricante según la norma EG 89/392/CEE(P) Declaração de fabrico segundo as Normas 89/392/CEE(NL) Fabrieksverklaring volgens EG-richtlijn 89/392/EEG(DK) Fabrikanterklæring i.h.t. EF-Maskindirektiv 89/392/EøF(S) Tillverkarförklaring enligt EG-riktlinje 89/392/EEC(N) Produsenterklæring i henhold til EU direktiv 89/392/EøF
Wir - Noi - We - Nous - Nosotros - Nos - Wij - Vi - Vi - ViB O G E Kompressoren, Lechtermannshof 26, 33739 BIELEFELD
...................................................................................................................................................Typ/Tipo /Type/Type/ Maschinennr./ N.della maccina/ Machine No.Tipo/Tipo/ Type/Type/ N° de machine/ N° de serie/ N° da máquina/Typ/Type Machineno./ Maskin-nr./ Maskinnr./ Maskinnr
(D) Angewendete harmonisierte Normen, insbesondere : prEN 1012 Teil 1 Sicherheitsanforderungen Kompressoren(I) Norme armonizzate applicate, in particolare: EN 292 Teil 1+2 Sicherheit von Maschinen(GB) Harmonized standards applied, in particular: EN 294 Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsabstände(F) Normes harmonisées appliquées: EN 60204 Teil 1 Sicherheit von Maschinen - Elektr. Ausrüstung(E) Normas armonizadas aplicadas, en particular: EN 286 Teil 1 Einfache unbefeuerte Druckbehälter(P) Normas harmonizadas aplicadas, em especial: EN 50081-1,2 Elektromagnetische Verträglichkeit - Störaussendung(NL) Toegepaste geharmoniseerde normen, speciaal: EN 50082-1,2 Elektromagnetische Verträglichkeit -Störfestigkeit(DK) Anvendte harmoniserede standarder, især:(S) Tillämpade anpassade normer, sårskilt:(N) Anvendte harmoniserte normer, særlig:
Bielefeld, le Beutel, directeur développement/construction..................................................................
(D) erklären hiermit, daß der nachstehende Kompressor in der von uns ge-lieferten Ausführung zum Einbau in eine Maschine/Zusammenbau mit ande-ren Maschinen bestimmt ist, und daß seine Inbetriebnahme solange unter-sagt ist, bis festgestellt wurde, daß die Maschine, in die dieser Kompressoreingebaut werden soll, den Bestimmungen der EG-Richtlinie 89/392/EWGi.d.F. 91/368/EWG, 73/23/ EWG Niederspannungsrichtlinie, 87/404/EWGRichtlinie über einfache unbefeuerte Druckbehälter, 89/336/EWG Richtlinieüber elektromagnetische Verträglichkeit entspricht.
(I) dichiariamo con la presente che il compressore seguentene’llesecuzione da noi fornita è destinato al montaggio in una macchina /all’assemblaggio con altre macchine e che la sua messa in esercizio èvietata fintanto che non si sia constatato che la macchina, nella quale devevenire montato questo compressore, corrisponde alle disposizioni delladirettiva CE 89/392/CEE e seguenti 91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE,89/336/CEE
(GB) hereby declare that the following compressor in the design deliveredby us is intended for installation in a machine/assembly group in line withother machines and that it may not be commissioned until it has beendetermined that the machine in which this compressor is to be installedmeets the regulations laid down in EC guideline 89/392/EEC continued as91/368/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC
(F) déclarons par la présente que le compresseur délivré mentionné ci-dessous est apte à être monté dans une machine ou en combinaison avecd’autres machines. Sa mise en service n’est autorisée que lorsqu’il a étéconstaté que la machine, dans laquelle le compresseur doit être monté, estconforme aux clauses de la réglementation CE 89/392/CEE, par la suite 91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE
(E) declaramos por la presente que el compresor figurado al final en laejecución que hemos suministrado está concebido para el montaje en unamáquina/o montaje conjunto con otras máquinas, y que su puesta enservicio está prohibida hasta que se haya determinado que la máquina enla que tiene que montarse el compresor cumple el reglamento de la norma89/392/CEE en continuación 91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE
(NL) verklaren hiermede, dat de onderstaande compressor in de door onsgeleverde uitvoering voor montage in een machine/voor combinatie metandere machines bestemd is en dat zijn inbedrijfstelling zolang verboden is,tot vastgesteld is, dat de machine, waarin deze compressor gemonteerdmoet worden, aan de voorwaarden van de EG-richtlijn 89/392/EEG in deredactie van 91/368/EEG, 73/23/ EEG, 87/404/EEG, 89/336/EEG voldoet.
(DK) erklærer hermed, at følgende kompressor i den af os leveredeudførelse er beregnet til indbygning i en maskine/sammenbygning med an-dere maskiner, og at ibrugtagning er forbudt, indtil det er konstateret, at denmaskine, som denne kompressor skal monteres i, stemmer overens medbestemmelserne i EF-Direktiv 89/392/EøF, udgave 91/368/EøF, 73/23/ EøF,87/404/ EøF, 89/336/ EøF
(S) förklarar härmed att nedanstående kompressor i av oss levererat äravsedd för montage i en maskin/hopbyggnad med andra maskiner, och atdess igångsättning år förbjuden tills det konstaterats att den maskin, ivilken denna kompressor skall monteras, uppfyller bestämmelserna i EG-riktlinje 89/392/EEC i.d.f. 91/368/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC
(N) erklærer hermed at nedenstående kompressor kompressor i denutførelse som er levert av oss er bestemt for installasjon i en maskin/sammenbygning med andre maskiner, og at bruk av dette er forbudt til deter fastslått at den maskinen som dette kompressor skal bygges inn i er ioverensstemmelse med bestemmelsene i EU-Direktiv 89/392/ EøF utgave91/368/EøF, 73/23/EøF, 87/404/EøF, 89/336/ EøF
(P) declaramos pela presente, que o compressor, a seguir mencionado naversão por nós fornecida, se destina a ser montado numa máquina/montagem com outras máquinas e que a sua entrada em serviçio estáinterdita até ser definido que a máquina na qual este compressor deve serinstalado, corresponde às prescrições das Normas 89/392/CEE na versão91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE
214
Annexe
A.1 Symboles
Compresseur en général Compresseur à diaphragme Compresseur à piston rotatif
Compresseur à anneau liquide Compresseur à piston alternatif Compresseur Roots
Compresseur à vis Turbo-compresseur Compresseur rotatif à palettesCompresseur rotatif
Filtre fluide en généralAppareil filtre en général
Filtre liquide en général Filtre à gaz en généralFiltre à air en général
Filtre à charbon actif Filtre à gaz à sorption
A.1.1 Symboles images définis par la nor-
me DIN 28004
Compresseurs et pompes
Les symboles suivants ont été définis dans la norme DIN28 004, partie 3. Seuls les extraits de la norme importants pourla génération de l’air comprimé ont été pris en considération.Ces symboles sont utilisés pour les représentations standarddes schémas fonctionnels d’installation technologiques.Ils sont utilisés par tous ceux qui ont participé au développement,à la planification, à l’installation et la mise en service dedispositifs technologiques, ainsi que pour illustrer la procédureemployée.
Filtres
215
Annexe
Appareil de sectionnement engénéral
Vanne d’arrêt ordinaire Vanne d’arrêt à trois voies
Robinet d’arrêt ordinaire Robinet d’arrêt à trois voies
Robinet-vanne Clapet d’arrêt
Garniture anti-retour en général Soupape ordinaire anti-retour Clapet anti-retour
Garniture à dispositif de réglagecontinu
Soupape à fonction de sécurité
Séparateur en général Séparateur centrifuge, séparateurrotatif,
Séparateur à gravitéChambre de dépôt
Séparateurs
Sécheur en général Evacuateur de condensat Réservoir en général
Divers
Accessoires de tuyauterie
216
Annexe
Compresseur Pompe à vide Moteur d’air comprimé à unedirection de flux
Moteur d’air comprimé à deuxdirections de flux
Cylindre à action simple, retoursous l’effet d’une force externe
Cylindre à action simple, retoursous l’effet d’un ressort
Cylindre à double action Cylindre à double action àamortissement unilatéral nonréglable
Cylindre à double action àamortissement bilatéral réglable
A.1.2 Symboles de commutation pour
contacts et appareils de connexion
définis dans la norme ISO 1219
Transformation de l’énergie
Les symboles suivants ont été définis dans la norme ISO 1219(8.78). Seuls les extraits de cette norme ont été considérés.
Les symboles de commutation pour contacts et appareils deconnexion servent à élaborer les plans de montage pneumatiqueset hydrauliques utilisés pour décrire le fonctionnement descommandes et des systèmes.
Clapet anti-retour sans ressort Clapet anti-retour avec ressort Clapet anti-retour commandé
Soupape d’étranglement àréduction constante
Soupape d’étranglement réglable Clapet anti-retour avecétranglement
Clapets anti-retour
Régulateurs de débit
217
Annexe
Clapet anti-retour à diaphragme Soupape de limitation de pressionréglable
Vanne de contrôle de pressionsans orifice de purge, réglable
Distributeur 2/2, position neutreouverte
Distributeur 2/2,position de coupure neutre
Distributeur 3/2, position neutrefermée
Distributeur 3/, position neutreouverte
Distributeur 3/3, position moyennefermée
Distributeur 4/2
Distributeur 4/3, position moyennefermée
Distributeur 5/2
Distributeur 4/3Position moyenne de conduite detravail purgée
Distributeurs
Soupape de mise en circuitréglable, avec purge
Vanne de contrôle de pression avecorifice de purge, réglable
Soupape d’étranglement actionnéemanuellement
Abréviation des connexions
Contrôleurs de pression
R, S, T Evacuation, purge
X, Y, Z Conduite de pilotageA, B, C Canalisation d’alimentation
P Raccord pneumatique
218
Annexe
Source d’air comprimé Canalisation d’alimentation Canalisation de pilotage
Raccord de pression(fermé)
Intersection de canalisationsRaccord de canalisation (fixe )
Raccord de pression(avec tuyauterie de raccordement)
Canalisation flexible
Sortie avec raccord de tuyau
Réservoir d’air comprimé
Filtre Séparateur d’eau actionnémanuellement
Sécheur Huileur
Séparateur d’eau à vidangeautomatique
Filtre avec séparateur d’eauautomatique
Radiateur Unité de maintenance( représentation simplifiée)
Transmission de l’énergie
219
Annexe
Manomètre Manomètre différentiel Thermomètre
Appareil de mesure de l’aircomprimé
Appareil de mesure du débitdébimètre
Interrupteur manométrique
Capteur de débit Capteur de pression Capteur de température
Appareils divers
220
Annexe
Longueurs
de x en • de x en
mm 0,03937 inch 2,54 mm
m 3,281 foot 0,3048 m
m 1,094 yard 0,914 m
Surfaces
de x vers • de x en
mm² 1,55 x 10-3 sq.inch 645,16 mm²
cm² 0,155 sq.inch 6,452 cm²
m² 10,76 sq.ft. 0,0929 m²
Volumes
de x vers • de x en
cm³ 0,06102 cu.inch 16,388 cm³
dm³(litre) 0,03531 cu.ft. 28,32 dm³(litre)
dm³(litre) 0,22 gallon(U.K.) 4,545 dm³(litre)
dm³(litre) 0,242 gallon(US) 4,132 dm³(litre)
m³ 1,308 cu.yard 0,764 m³
Débit
de x en • de x en
l/min. 0,0353 cfm 28,3 l/min.
m³/min. 35,31 cfm 0,0283 m³/min.
m³/h 0,588 cfm 1,7 m³/h
Pression
de x en • de x en
bar(abs) 14,5 psia 0,07 bar(abs)
bar(abs) 14,5+Atm. psig 0,07+Atm. bar(abs)
Force
de x en • de x en
N 0,2248 pound force(lbf) 4,454 N
kW 1,36 HP 0,736 kW
Température
de x en • de x en
°C (°C x 1,8) + 32 °F (°F -32) / 1,8 °C
Table de conversion
221
Index
AAbsorption 83Adsorbeur à charbon actif 98Adsorption 84Air comprimé
Applications 2, 21Avantages 14Composition 7Coûts de l’air comprimé 207Exemples d’applications 18Filtres 91Histoire 1Impuretés 66, 69Pertes 120
Propriétés 7Qualité 77Arrêt (L0) 52ARS 57Aspiration (puissance) 38Automatic 58Autotronic 58
BBases physiques 8Besoins en air comprimé 108, 115Durée de fonctionnementmoyenne 115Facteur de simultanéité 116Suppléments 119BruitDirectives de protection 203Effets du bruit 202
CCertification CE 208Charge partielle 53Chauffage des locaux 189
Rentabilité 190Choix d’un compresseur 137Chute de pression Dp 156Circuit de distribution 150, 151Classes de qualité 77Commande Concept ARS 57CompresseursBilan thermique 188
Compresseur à anneauliquide 32Compresseur à membrane 29Compresseur à pistonlibre 30Compresseur à pistonplongeant 27Compresseur à vis 33Compresseur axial 35
Compresseur dynamique 24Compresseur multicellulaire 31Compresseur radial 36Compresseur Roots 34
Compresseur volumétrique 24Courant d’air derefroidissement V
C174
Durée d’arrêt 129Durée de fonctionnement 129Encombrement 172Fréquence de démarrage 129
Isolation 205Installation 172Lubrifiants 50Récapitulatif 26
Température ambiante 170Types 25
Compresseurs à piston 37Domaines d’applications 125Exemple d’installation 187Modules 41Refroidissement 39Régulation 40
Compresseur à vis 42Compression 42Domaines d’application 125Exemple d’installation 186Modules 47Principe defonctionnement 43
Compresseurs 24Conception des compresseurs
Compresseur à piston 131Compresseur à vis 135
Condensat 100
Elimination 171Conduite commune 152Conduite de raccordement 151Conduites
Diamètre nominal 159Dimensionnement 158Marquage 168Matériaux utilisés 164
Consommation d’air compriméBuses 108Buses cylindriques 109Buses de pulvérisation 111Consommation totale 118Cylindres 112Outils 113Pistolets à peinture 110Courant d’air derefroidissement V
C174
Courant 13, 156Coûts
Air comprimé 206Pertes d’air comprimé 120
DDébit 38Déclaration de conformité 204Déclaration du fabricant 212
Définitions de pression 51Démarrages moteur
Détermination 130Nombre admissible 130
Diamètre intérieur du tuyau diCalcul du diamètre 161Calcul graphique 162Diagramme en colonnes 163
Directives relatives auxmachines commercialiséesdans la CEE 208Division en groupesde contrôle 142
EEchangeur de chaleur Duotherm
Duotherm BSW 191, 192Economies 191
Echangeur de chaleur 191Espace mort 38Etats de fonctionnement 52Evacuateur de condensat
Réservoir d’aircomprimé 141Séparateur centrifuge 93
Expert 143
FFiltres
chute de pression Dp 92filtre à charbon actif 97filtre stérile 99microfiltre 95préfiltre 94pression de service 92
Filtre d’aspiration 49Fluidique 5
Fuites 120
GGroupes de contrôle 142
HHumidité 70
IInspections 144, 146
Installation du compresseur 170Installations multiples 152Intensité sonore 198
Niveau d’intensitésonore 197
Isobare 8Isochore 8
Isotherme 8
222
Index
JJustificatif d’inspection 146
LLocal technique 169Loi de Blaise Pascal 3Loi de Boyle-Mariotte 7Lois
Directives appliquées surl’emplacement de travail 203Prescriptions de sécuritéappliquées aux réservoirs 142Règlements administratifsgénéraux nationaux relatifsau bruit 204Règles de sécurité applicablespar les entreprises générantdu bruit 203Règles de sécurité en vigueurpour les compresseurs 203
Longueur de tuyau équivalente 160
MMarche à vide (L1) 42
Marche à vide 54Matériaux utilisés pour réaliserles conduites 164
Tuyaux en acierinoxydable 165Tuyaux en acier sanssou dure 165Tuyaux en cuivre 166Tuyaux en matièressynthétiques 167Tuyaux filetés 164
MCS 60Mécanismes de filtrage 96Mesure du bruit 205Mode intermittent retardé 54Moteur d’entraînement 48
NNiveau de pression acoustique 196Niveau sonore 196Nombre de Reynolds Re 156Normes
DIN 28004, partie 3 214ISO 1219 (8.78) 216
OÖWAMAT 107
PPerception du son 195Personnel spécialisé 143
Plages de pression 17Pleine charge (L2) 53Pneumonique 5Point de rosée sous pression 71
Après détente 76Définition 75
Point de rosée 71Pompes à vide 24Pouvoir séparateur du filtre 91
Prescriptions de sécuritéappliquées aux réservoirs d’aircomprimé 142
Pression acoustique 196Pression 10Propagation sonore 200
QQualité de l’air comprimé
Planification 67Quantité de condensat 72
RRatiotronic 59Récupération de la chaleur 188Régénération 84
Régénération à chaleurexterne 87Régénération à chaleurinterne 86Régénération par le vide 88Régénération sanschaleur 85
Réglage de la fréquence 56Règles de protectioncontre les incendies 171
Régulation 51Régulation en charge partielle 56Régulation en marche à vide 54Régulation progressive 56Réseau de distribution 149
Avec sécheur d’aircomprimé 155Chute de pression Dp 157Sans sécheur d’aircom primé 154
Réservoir d’air comprimé 140Accessoires 147Amortissement des pulsations 140Détermination du volume 127Evacuation du condensat 141Fabrication 143Groupes de contrôle 142Inspection 144Installation 173Prescriptions de sécurité 142Série normalisée 127Stockage de l’air comprimé 140
SSéchage par réfrigération 81
Séchage 78Condensation parsurpression 80Séchage à diaphragme 82Séchage par absorption 83Séchage par adsorption 84Séchage par réfrigération 81Sécheur Conditionsd’exploitation 79Emplacement 89
Séparateur centrifuge 93Séparateur huile-eau 107Sigle CE 209Son 199Soupape à languette 49Soupape de sécurité 49, 148Supertronic 59Symboles de commutationpour contacts et appareilsde connexion 216Symboles 214Système SI 6Systèmes composés deplusieurs compresseurs 139
TTempérature 9Traitement du condensat 106Traitement 66Tuyauterie en dérivation 151Tuyauterie périphérique 150Types de régulation 54, 60
UUnités de base 6
VVentilateurs 24Ventilation 174
Artificielle 178Canaux d’entrée etde sortie de l’air 181Gaine de ventilation 182Locaux techniques 176Naturelle 177
Volume aspiré 38Volume de fuites 123
Détermination des fuites 121, 122Volume débité V 11Volume 9
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