S.A.R.L. capital 38 000 € / SIRET 417 917 812... Air Energie Ouest – PA des coteaux de Grand Lieu –...

S.A.R.L. capital 38 000 € / SIRET 417 917 812... Air Energie Ouest – PA des coteaux de Grand Lieu –...
S.A.R.L. capital 38 000 € / SIRET 417 917 812 00048 / TVA INTRA : FR 27417917812
Air 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 : [email protected]
Tous droits réservés.
Toute reproduction, même partielle, est interdite.
Toute reproduction d’extraits de cet ouvrage par quelque procédé
que ce soit (photocopie, film, systèmes électroniques ou autres),
dans un but de formation également,
requiert l’autorisation écrite de l’éditeur.
© 1999 · BOGE KOMPRESSOREN
Lechtermannshof 26 · D-33739 Bielefeld
Auteur: Ulrich Bierbaum (Boge Kompressoren)
Günther Freitag (Sievert Druck + Service GmbH)
Réalisation: Sievert Druck + Service GmbH
ISBN original: 3-89646-016-1
Sommaire
Sommaire
1ère partie
Principes fondamentaux
de l'air comprimé
Chapitre
Page
1.1 L'histoire de l'air comprimé ................................................... 1
1.1.1
Les origines de l'air comprimé ............................................... 1
1.1.2
Les premières applications de l'air comprimé ........................ 2
1.2 Unités et formules ................................................................... 6
1.2.1
Unités de base ...................................................................... 6
1.2.2
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 ............................................................... 7
1.3.2
Propriétés de l'air comprimé .................................................. 7
1.3.3
Comportement de l'air comprimé ........................................... 7
1.4 Bases physiques ...................................................................... 8
1.4.1
Température .......................................................................... 9
1.4.2
Volume ................................................................................. 9
1.4.3
Pression ............................................................................. 10
1.4.3
Volume débité ..................................................................... 11
1.5 Air comprimé déplacé .......................................................... 13
1.5.1
Comportements du courant ................................................. 13
1.5.2
Types de flux ....................................................................... 13
2è partie
Domaines d'emploi de l'air
comprimé
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 ............................... 18
2.3.2
Transporter avec de l'air comprimé ...................................... 18
2.3.3
Entraînement par air comprimé ........................................... 19
2.3.4
Peinture à l'air comprimé ..................................................... 19
2.3.5
Soufflage à l'air comprimé ................................................... 19
2.3.6
Vérifier et contrôler avec de l'air comprimé .......................... 20
2.3.7
Commander et régler avec de l'air comprimé ....................... 20
2.4
3è partie
Les compresseurs d'air
Exemples d'applications spécialisées ................................. 21
3.1 Compresseurs ........................................................................ 24
3.1.1
Compresseurs dynamiques (turbocompresseurs) ................ 24
3.1.2
Compresseurs volumétriques .............................................. 24
3.2 Types de compresseurs ......................................................... 25
3.2.1
Compresseurs standard ...................................................... 26
3.2.2
Compresseur à piston ......................................................... 27
3.2.3
Compresseur à diaphragme ................................................ 29
3.2.4
Compresseur à piston libre ................................................. 30
3.2.5
Compresseur à multicellulaire ............................................. 31
3.2.6
Compresseur à anneau liquide ............................................ 32
3.2.7
Compresseur à vis .............................................................. 33
3.2.8
Compresseur Roots ............................................................ 34
3.2.9
Compresseur axial .............................................................. 35
3.2.10
Compresseur radial ............................................................. 36
I
Sommaire
Chapitre
Page
3.3 Compresseurs à pistons ........................................................ 37
3.3.1
Généralités ......................................................................... 37
3.3.2
Volume aspiré - Débit .......................................................... 38
3.3.3
Refroidissement .................................................................. 39
3.3.4
Réfrigérant .......................................................................... 40
3.3.5
Régulation des compresseurs à piston ............................... 40
3.3.6
Avantages des compresseurs à pistons .............................. 40
3.3.7
Modules d'un compresseur à piston .................................... 41
3.4 Compresseurs à vis ............................................................... 42
3.4.1
Généralités ......................................................................... 42
3.4.2
Compression ....................................................................... 42
3.4.2
Principe de fonctionnement ................................................. 43
3.4.3
Circuit de l'huile ................................................................... 44
3.4.4
Circuit de l'air ...................................................................... 45
3.4.5
Récupération de la chaleur .................................................. 46
3.4.6
Régulation de l'aspiration .................................................... 46
3.4.7
Avantages des compresseurs à vis ..................................... 46
3.4.8
Modules d'un compresseur à vis ......................................... 47
3.5 Modules équipant les compresseurs ................................... 48
3.5.1
Moteur d'entraînement ......................................................... 48
3.5.2
Courroies trapézoïdales ....................................................... 48
3.5.3
Système de tension de courroie .......................................... 48
3.5.4
Soupapes d'aspiration et de refoulement ............................. 49
3.5.5
Soupape de sécurité ........................................................... 49
3.5.6
Filtre d'aspiration ................................................................. 49
3.6
4è partie
Régulation des
compresseurs
Lubrifiants et réfrigérants pour compresseurs .................... 50
4.1 Définitions de pression ......................................................... 51
4.2 Etats de fonctionnement ....................................................... 52
4.2.1
Arrêt ( L0 ) ........................................................................... 52
4.2.2
Marche à vide ( L1 ) ............................................................. 52
4.2.3
Charge partielle ................................................................... 53
4.2.4
Pleine charge ( L2 ) ............................................................ 53
4.3 Régulation des compresseurs .............................................. 54
4.3.1
Mode intermittent ................................................................ 54
4.3.2
Marche à vide ...................................................................... 54
4.3.3
Mode intermittent retardé .................................................... 55
4.3.4
Charge partielle ................................................................... 56
4.3.4.1 Régulation progressive ........................................................ 56
4.3.4.2 Réglage de la fréquence ...................................................... 56
4.4. La commande ARS ............................................................... 57
4.4.1
Automatic ........................................................................... 58
4.4.2
Autotronic ........................................................................... 58
4.4.3
Ratiotronic .......................................................................... 59
4.4.4
Supertronic ......................................................................... 59
II
Sommaire
Chapitre
Page
4.5 Régulation de plusieurs compresseurs ............................... 60
4.5.1
MCS 1 et MCS 2 ................................................................. 60
4.5.2
MCS 3 ................................................................................. 61
4.5.3
MCS 4 ................................................................................. 62
4.5.4
MCS 5 ................................................................................. 63
4.5.5
MCS 6 ................................................................................ 64
4.5.6
MCS 7 ................................................................................ 65
5è partie
Traitement de l'air
comprimé
5.1 Pourquoi traiter l'air comprimé ? ........................................ 66
5.1.2
Planification ........................................................................ 67
5.1.3
Conséquences d'un mauvais traitement de l'air comprimé ... 68
5.1.3
Impuretés contenues dans l'air ............................................ 69
5.2 L'eau contenue dans l'air comprimé ................................... 70
5.2.1
Hunidité de l'air ................................................................... 70
5.2.2
Points de rosée ................................................................... 71
5.2.3
Teneur en eau de l'air .......................................................... 71
5.2.4
Quantité de condensat lors de la compression .................... 72
5.2.5
Exemple de calcul de la quantité de condensat .................. 73
5.2.6
Quantité de condensat qui se forme lors d'une lourde
journée d'été ....................................................................... 74
5.2.7
Définition du point de rosée sous pression .......................... 75
5.2.8
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 ..................................................... 79
5.4.2
Condensation par surcompression ...................................... 80
5.4.3
Condensation par séchage par réfrigération ......................... 81
5.4.4
Diffusion par séchage à diaphragme .................................... 82
5.4.5
Sorption par absorption ....................................................... 83
5.4.6
Sorption par adsorption ....................................................... 84
5.4.6.1 Régénération sans chaleur .................................................. 85
5.4.6.2 Régénération à chaud interne .............................................. 86
5.4.6.3 Régénération à chaleur externe ........................................... 87
5.4.6.4 Régénération par le vide ...................................................... 88
5.4.7
Emplacement du sécheur d'air comprimé par réfrigeration ... 89
5.4.7.1 Sécheur placé avant le réservoir d'air comprimé .................. 89
5.4.7.2 Sécheur placé après le réservoir d'air comprimé .................. 90
5.5 Filtre à air comprimé ............................................................ 91
5.5.1
Terminologie de base des filtres .......................................... 91
5.5.1.1 Pouvoir séparateur du filtre h [ % ] ....................................... 91
5.5.1.2 Chute de pression ∆p ......................................................... 92
5.5.1.3 Pression de service ............................................................. 92
5.5.2
Séparateur centrifuge .......................................................... 93
5.5.3
Préfiltre ............................................................................... 94
5.5.4
Filtre microporeux ............................................................... 95
5.5.5
Filtre à charbon actif ........................................................... 97
5.5.6
Adsorbeur à charbon actif ................................................... 98
5.5.7
Filtre stérile ......................................................................... 99
III
Sommaire
Chapitre
6è partie
Elimination du condensat
Page
6.1 Condensat ............................................................................ 100
6.2 Evacuateur de condensat ................................................... 101
6.2.1
Evacuateur de condensat à soupape manuelle .................. 102
6.2.2
Evacuateur de condensat à commande à flotteur .............. 102
6.2.3
Evacuateur de condensat à électrovanne à ouverture
synchronisée .................................................................... 103
6.2.4
Evacuateur de condensat à mesure de niveau électronique 104
6.2.5
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
7è partie
Besoins en air comprimé
7.1 Consommation d'air des appareils pneumatiques ........... 108
7.1.1
Consommation d'air comprimé des buses ......................... 108
7.1.1.1 Consommation d'air comprimé des buses cylindriques ..... 109
7.1.1.2 Consommation d'air comprimé des pistolets à peinture ..... 110
7.1.1.3 Consommation d'air comprimé des buses de pulvérisation 111
7.1.2
Consommation d'air comprimé des vérins ......................... 112
7.1.3
Consommation d'air comprimé des outils .......................... 113
7.2 Détermination de la consommation d'air comprimé ....... 115
7.2.1
Durée de fonctionnement moyenne ................................... 115
7.2.2
Facteur de simultanéité ..................................................... 116
7.2.3
Définition des besoins en air comprimé ............................. 117
7.2.3.1 Consommateurs d'air comprimé automatiques .................. 117
7.2.3.2 Consommateurs d'air comprimé généraux ......................... 118
7.2.3.3 Consommation d'air comprimé totale ................................ 118
7.2.4
Suppléments pour pertes et réserves ................................ 119
7.2.5
Débit nécessaire DN ......................................................... 119
7.3 Pertes d'air comprimé ......................................................... 120
7.3.1
Frais provoqués par les pertes d'air comprimé ................... 120
7.3.2
Détermination du volume de fuite ....................................... 121
7.3.2.1 Détermination des fuites en vidant le réservoir ................... 121
7.3.2.2 Détermination des fuites par mesure de la durée de
fonctionnement ................................................................. 122
7.3.3
Limite des volumes de fuites ............................................. 123
7.3.4
Mesure à prendre pour limiter les pertes d'air comprimé .... 123
7.3.5
Remise en état d'un réseau d'air comprimé ....................... 124
8è partie
Détermination de la taille
de la station de
compresseurs
IV
8.1 Le type de compresseur ..................................................... 125
8.1.1
Compresseurs à vis .......................................................... 125
8.1.2
Compresseurs à piston ..................................................... 125
8.2 Pression maximale pmax ................................................... 126
8.2.1
Facteurs influençant la pression d'arrêt pmax .................... 126
Sommaire
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 127
8.3.2
Série normalisée et pressions de service pour différentes
tailles de réservoirs d'air comprimé .................................... 127
8.3.3
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 ........................................... 129
8.4.2
Durée de fonctionnement du compresseur ........................ 129
8.4.3
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 .............. 131
8.5.1.1 Détermination de la pression maximale pmax ................... 131
8.5.1.2 Détermination de la taille du compresseur ......................... 132
8.5.1.3 Volume du réservoir d'air comprimé ................................... 132
8.5.1.4 Conception du compresseur .............................................. 133
8.5.1.5 Démarrages du moteur du compresseur ............................ 134
8.5.2
Exemples de calcul pour compresseurs à vis .................... 135
8.5.2.1 Exemple de calcul de la pression maximale pmax ............ 135
8.5.2.2 Détermination de la taille du compresseur ......................... 135
8.5.2.3 Dimensionnement du réservoir d'air comprimé ................... 136
8.5.2.4 Fréquence de démarrages du compresseur....................... 136
8.5.3
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 ...................................... 138
8.6.2
Pression de service variable des consommateurs ............. 139
8.6.3
Systèmes composés de plusieurs compresseurs ............. 139
9è partie
Le réseau d'air comprimé
9.1 Le réservoir d'air comprimé ............................................... 140
9.1.1
Stockage de l'air comprimé ............................................... 140
9.1.2
Amortissement des pulsations .......................................... 140
9.1.3
Evacuation du condensat .................................................. 141
9.1.4
Exploitation des réservoirs d'air comprimé ......................... 141
9.1.5
Installation des réservoirs d'air comprimé .......................... 141
9.1.6
Prescriptions de sécurité appliquées aux réservoirs
d'air comprimé .................................................................. 142
9.1.6.1 Division en groupes de contrôle ......................................... 142
9.1.6.2 Fabrication des réservoirs d'air comprimé .......................... 143
9.1.6.3 Devoir d'enregistrement et de surveillance ......................... 143
9.1.6.4 Experts et personnes spécialisées selon les § 31 et 32
des directives allemandes sur lesréservoirs d'air comprimé 143
9.1.6.5 Inspection des réservoirs d'air comprimé ........................... 144
9.1.6.6 Types d'inspections ........................................................... 146
9.1.6.7 Extraits supplémentaires de la directive relative aux
réservoirs d'air comprimé ................................................... 146
9.1.7
Accessoires nécessaires sur le réservoir d'air comprimé ... 147
9.1.7.1 Soupape de sécurité ......................................................... 148
V
Sommaire
Chapitre
Page
9.2 Le réseau de distribution .................................................... 149
9.2.1
Structure du réseau de distribution .................................... 149
9.2.1.1 La conduite principale ....................................................... 149
9.2.1.2 Le circuit de distribution - tuyauterie périphérique .............. 150
9.2.1.3 Le circuit de distribution - tuyauterie en dérivation ............. 151
9.2.1.4 La conduite de raccordement ............................................ 151
9.2.1.5 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 .................................... 153
9.3.2
Réseau de distribution sans sécheur d'air comprimé ......... 154
9.3.3
Réseau de distribution avec sécheur d'air comprimé ......... 155
9.4 Chute de pression ∆ p .......................................................... 156
9.4.1
Type de flux ...................................................................... 156
9.4.2
Nombre de Reynolds Re ................................................... 156
9.4.3
Chutes de pression dans un réseau de conduites ............. 157
9.5 Dimensionnement des conduites ....................................... 158
9.5.1
Chute de pression maximale Dp ....................................... 158
9.5.2
Diamètre nominal des conduites - comparaison
[ DN – pouces ] ................................................................. 159
9.5.2
Longueur de tuyau équivalente .......................................... 160
9.5.3
Calcul du diamètre intérieur du tuyau di ............................ 161
9.5.4
Calcul graphique du diamètre intérieur du tuyau di ............ 162
9.5.5
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 .................................................................... 164
9.6.2
Tuyaux en acier sans soudures ........................................ 165
9.6.3
Tuyaux en acier inoxydable ............................................... 165
9.6.4
Tuyaux en cuivre ............................................................... 166
9.6.5
Tuyaux en matières synthétiques ...................................... 167
9.7
10è partie
Le local technique du
compresseur
VI
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 ..................................... 170
10.2.3
Règles de protection contre les incendies pour les
locaux techniques de compresseurs ................................. 171
10.2.4
Elimination du condensat .................................................. 171
10.2.5
Conseils d'installation du compresseur ............................. 172
10.2.6
Encombrement d'un compresseur ..................................... 172
10.2.7
Conditions d'installation des réservoirs d'air comprimé ...... 173
Sommaire
Chapitre
Page
10.3 Ventilation de la station de compresseurs ......................... 174
10.3.1
Facteurs influençant le courant d'air de refroidissement
VC d'un compresseur ......................................................... 174
10.3.2
Définition des facteurs influençant le courant d'air de
refroidissement VC d'un compresseur ................................ 175
10.3.3
Remarques générales relatives à la ventilation des locaux
techniques de compresseurs ............................................ 176
10.3.4
Ventilation naturelle ........................................................... 177
10.3.4.1 Ouverture de sortie d'air nécessaire dans le cas d'une
ventilation naturelle ........................................................... 177
10.3.5
Ventilation artificielle ......................................................... 178
10.3.5.1 Puissance de ventilation exigée pour la ventilation
artificielle .......................................................................... 178
10.3.5.2 Ouverture d'entrée d'air nécessaire pour la ventilation
artificielle .......................................................................... 179
10.3.5.3 Exemple de ventilation artificielle d'une station de
compresseurs ................................................................... 180
10.3.6
Alimentation en air froid avec gainage d'entrée et de sortie 181
10.3.6.1 Gainage de l'admission d'air .............................................. 181
10.3.6.2 Evacuation de l'air par une gaine d'évacuation ................... 182
10.3.6.3 Courant d'air froid DA et section de canal AC avec gaine
d'évacuation ...................................................................... 182
10.3.6.4 Remarques relatives à la ventilation par gaines ................. 183
10.3.6.5 Dimensionnement de l'ouverture d'entrée d'air en
association avec une gaine d'évacuation ........................... 184
10.3.6.6 Variantes de ventilation canalisée...................................... 185
10.4 Exemples de plans d'installation ....................................... 186
10.4.1
Exemple d'installation d'un compresseur à vis ................... 186
10.4.2
Exemple d'installation d'un compresseur à piston ............. 187
11è partie
Récupération de la chaleur
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 ...... 189
11.2.2
Fonctionnement d'un chauffage de locaux ......................... 190
11.2.3
Rentabilité d'un chauffage de locaux .................................. 190
11.3 L'échangeur de chaleur Duotherm .................................... 191
11.3.1
Duotherm BPT .................................................................. 191
11.3.2
Duotherm BSW ................................................................. 192
11.3.3
Economies d'énergie réalisables ....................................... 193
11.4
12è partie
Le son
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 ......................................................... 196
12.2.2
Niveau sonore ................................................................... 196
12.2.3
Intensité sonore ................................................................ 196
VII
Sommaire
Chapitre
Page
12.3 Perception du son par l'oreille humaine ............................ 197
12.3.1
Niveau d'intensité d'un son ................................................ 197
12.3.2
Niveau sonore pondéré dB (A) .......................................... 197
12.3.3
Comparaison des différentes intensités sonores ............... 198
12.4 Comportement du son ......................................................... 199
12.4.1
Distance par rapport à une source sonore ......................... 199
12.4.2
Réflexion et absorption ..................................................... 199
12.4.3
Amortissement du son ...................................................... 200
12.4.5
Propagation sonore dans les tuyaux et les conduites ........ 200
12.4.6
Niveau de pression acoustique de plusieurs sources
sonores ............................................................................. 201
12.4.6.1 Niveau de pression acoustique de plusieurs sources
sonores de niveaux identiques .......................................... 201
12.4.6.2 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 entreprises
générant 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'emplacements
de 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
13è partie
Coûts de l'air comprimé
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
14è partie
Certification CE
14.1 Introduction .......................................................................... 208
14.1.1
Directive relatives aux machines commercialisées dans
la 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 ..................................................................... 209
14.2.2
Certificat de conformité CE ............................................... 210
14.2.3
Certificat de fournisseur CE .............................................. 212
15è partie
Annexe
A.1 Symboles ............................................................................. 214
A.1.1
Symboles de figures selon DIN 28004 ............................ 214
A.1.2
Signes de commutation selon ISO 1219 .......................... 216
16è partie
Table de conversion
16.1 Table de conversion ............................................................. 220
VIII
Principes fondamentaux de l’air comprimé
1.
Principes fondamentaux de l’air
comprimé
1.1
L’histoire de l’air comprimé
Aux côtés du courant électrique, l’air comprimé est aujourd’hui
le vecteur d’énergie le plus couramment utilisé dans le secteur
de l’industrie et de l’artisanat. Mais, alors que l’on apprend dès
l’enfance à se servir de l’électricité, la signification, les possibilités
et les avantages offerts par l’air comprimé restent encore très
méconnus.
Les connaissances acquises par l’homme sur l’air comprimé se
sont développées parallèlement à celles réalisées dans les
autres applications techniques. Au cours de son histoire, l’air
comprimé n’a pu se développer que lorsque ses avantages
étaient supérieurs à ceux offerts par d’autres technologies. L’air
comprimé a été utilisé de tous temps, et c’est donc la raison
pour laquelle nombreux sont ceux qui se sont penchés sur son
développement.
1.1.1
Les origines de l’air comprimé
Le premier compresseur - les poumons
De nombreux domaines d’utilisations techniques trouvent leur
origine dans le berceau de l’humanité. Une des premières
applications de l’air comprimé consista à souffler sur l’amadou
utilisé pour allumer le feu, l’air étant comprimé dans les
poumons pour y parvenir. On pourrait dire en quelque sorte que
les poumons sont un compresseur naturel. La capacité et le
rendement de ce compresseur sont particulièrement
impressionnants. Les poumons humains sont en mesure de
traiter 100 l/min. ou 6 m³ d’air par heure. Ils parviennent à générer
une pression de 0,02 à 0,08 bar. En bonne santé, le compresseur
humain reste imbattable du point de vue de sa fiabilité, ses frais
de maintenance étant de surcroît inexistants.
Le développement des „poumons“
Figure 1.1 :
Le premier compresseur - les poumons
Les poumons se sont cependant avérés insuffisants lorsque
l’homme commença, il y a plus de 5000 ans, à faire fondre des
métaux purs tels que l’or, le cuivre, l’étain et le plomb. Il devint
inévitable de développer la technologie de l’air comprimé lorsqu’il
fallu plus tard fabriquer des métaux de qualité supérieure, tels
que le fer, à partir de minerais. Des auxiliaires plus puissants
que les poumons se montrèrent indispensables pour obtenir
des températures supérieures à 1000°C . On commença par
utiliser le vent soufflant sur les collines et les crêtes. Plus tard,
les orfèvres égyptiens et sumériens se servirent d’un tuyau de
soufflage au moyen duquel ils amenaient l’air directement dans
le brasier, augmentant ainsi considérablement sa température.
Aujourd’hui encore, les orfèvres du monde entier utilisent un
outil semblable. Il ne convient cependant que pour faire fondre
de petites quantités de métal.
1
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Le premier compresseur mécanique - le soufflet
Le premier compresseur mécanique, le soufflet actionné à la
main, a vu le jour vers le milieu du troisième millénaire avant notre
ère. Les soufflets à pied, beaucoup plus puissants, firent leur
apparition vers 1500 av. J. C. Ce progrès fut indispensable pour
faire fondre l’alliage de zinc et d’étain servant à fabriquer le
bronze. Cette découverte est illustrée sur les fresques qui ornent
une ancienne tombe égyptienne. L’air comprimé, tel que nous le
comprenons aujourd’hui, était né.
Figure 1.2:
Soufflet actionné au pied dans l’ancienne Egypte
1.1.2
Les premières applications de l’air
comprimé
Les propriétés de l’air comprimé sont
reconnues
L’orgue à eau
Le stockage et l’atténuation des pulsations
La première utilisation consciente de l’énergie contenue dans
l’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 pour
stocker et réduire les vibrations.
La catapulte
Le stockage de l’énergie
Ktesibios se servit d’une propriété supplémentaire de l’air
comprimé, le stockage de l’énergie, pour construire sa
catapulte. Grâce à la tension générée avec l’air comprimé dans
un cylindre, l’arme de cet inventeur grec était en mesure de
lancer des projectiles.
Figure 1.3:
La catapulte de Ktesibios
Les portes de temples
L’expansion et l’exécution du travail
Figure 1.4:
Les portes de temples de Héron
2
Le mathématicien et mécanicien grec Héron, qui vivait à
Alexandrie au premier siècle de notre ère, découvrit un système
permettant d’ouvrir automatiquement les portes d’un temple, à
condition que le feu brûlât sur l’autel à l’intérieur du temple. Le
secret résidait dans l’expansion de l’air chaud, faisant passer
l’eau d’un réservoir dans un autre. Héron reconnu, inconsciemment
il est vrai, qu’il était possible d’exécuter un travail en modifiant
l’état de l’air.
Principes fondamentaux de l’air comprimé
La loi de Blaise Pascal
L’amplification des forces
Figure 1.5 :
L’ar comprimé : un amplificateur de forces
Ce n’est qu’à partir du XVIIè siècle qu’un certain nombre de
scientifiques se penchèrent sur les lois physiques applicables
à l’air comprimé. En 1663, Blaise Pascal publia les traités de la
Pesanteur de la masse de l’air, dans lesquels il décrivit les
phénomènes d’hydrostatique s’appliquant également à la
technologie de l’air comprimé. Il constata que la pression
exercée par une seule personne à l’ouverture d’un réservoir d’eau
fermé générait une pression centuplée sur une autre ouverture.
Le transport de corps dans des tuyaux
Le convoyage pneumatique
p1
p2
Figure 1.6 :
L’air comprimé : un moyen de transport
Poursuivant les travaux de Héron, le physicien français Denis
Papin décrivit en 1667 la possibilité de transporter des objets
dans des tuyaux. Il exploitait la faible différence de pression
régnant dans un tube. Ce faisant, il constata qu’une force était
appliquée sur l’objet contenu dans le tube. Il venait de découvrir
que des vitesses de travail élevées pouvaient être obtenues avec
de l’air. Papin venait de poser le premier jalon sur la voie des
techniques de convoyage pneumatiques.
Le freinage pneumatique
La transmission des forces
Vers 1810, l’air comprimé constituait la force motrice des trains.
Westinghouse présenta le frein à surpression pneumatique en
1869, et le moto-freineur trois ans plus tard. Sur ces deux
systèmes, les freins étaient serrés par surpression. C’est-àdire que l’effet de freinage maximum était obtenu grâce à une
chute de pression, par éclatement d’un tuyau par exemple.
Figure 1.7 :
Train équipé d’un frein pneumatique vers 1870
Ce fut la première utilisation du système de freinage à sécurité
intégrée. Un système de freinage basé sur ce principe est
aujourd’hui encore utilisé sur les systèmes de freinage des
poids-lourds.
3
Principes fondamentaux de l’air comprimé
La poste pneumatique
Le convoyage avec de l’air comprimé
L’idée du train entraîné par de l’air comprimé ne fut pas
abandonnée. A Londes, Latimer Clark s’associa à l’ingénieur
Rammel en 1863 pour réaliser un système de convoyage. Des
petits chariots se déplaçant dans des tubes devaient transporter
des sacs postaux et des paquets. Ce système était beaucoup
plus souple que les lourds trains atmosphériques de 1810 et
conduisit finalement à la création de la poste pneumatique.
Des réseaux de poste pneumatique furent ensuite créés à
Berlin, New York et Paris. Le réseau parisien atteint sa taille
maximum en 1934, fort de 437 km. Aujourd’hui encore, la poste
pneumatique est répandue dans de nombreuses entreprises
industrielles.
Les outils à air comprimé
Le transport de l’énergie
Lors de la construction du tunnel du Mont Cenis en 1857, cette
nouvelle technologie servit à entraîner un marteau à air comprimé
creusant la roche. A partir de 1861, on utilisa des marteaux à
percussion à entraînement pneumatique alimentés en air
comprimé par des compresseurs situés aux deux entrées du
tunnel. Dans les deux cas, l’air comprimé était transporté sur de
longues distances.
Figure 1.8 :
Marteau perforateur pneumatique employé dans
la construction des tunnels
Lorsque les deux équipes du tunnel se rencontrèrent en 1871,
plus de 7000 m de conduites avaient été posées de part et
d’autre. Pour la première fois, la transportabilité de l’énergie
était démontrée et présentée à un large public comme étant un
des avantages de l’air comprimé. Des outils pneumatiques de
plus en plus performants et polyvalents furent développés à partir
de ce moment.
Les réseaux d’air comprimé
La génération centrale de l’air comprimé et la transmission de
signaux
Les expériences réalisées sur les réseaux de conduites d’air
comprimé et le développement de compresseurs plus puissants
permirent la création d’un réseau d’air comprimé dans les
égouts 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.
Figure1.9 :
Station d’air comprimé à Paris en 1888
L’invention d’une horloge, dont l’aiguille des minutes était
déclenchée toutes les soixante secondes par une impulsion
venant de la station de compresseurs, témoignait des succès
polyvalents obtenus par l’air comprimé. Il était non seulement
possible de transporter l’énergie, mais on pouvait aussi
transmettre des signaux sur les grandes distances du réseau
d’air comprimé.
Le réseau d’air comprimé parisien a conservé son caractère
unique jusqu’à ce jour. Il est encore en service.
4
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Le traitement des signaux
L’air comprimé est utilisé pour transmettre et traiter des signaux
Figure 1.10 :
Totaliseur à quatre niveaux et éléments de
radiation muraux
Dans les années 50, le grand débit de l’air comprimé fut utilisé
aux USA pour transmettre et traiter des signaux. Les systèmes
pneumatiques basse pression, également appelés systèmes
fluidiques ou pneumoniques (logique pneumatique),
permettaient d’intégrer des fonctions de commutation logiques
sous forme d’éléments fluides dans un espace extrêmement
réduit au moyen de pressions de 1,001 à 1,1 bar.
La grande fiabilité des éléments logiques fluides dans des
conditions ambiantes extrêmes permettait de les utiliser dans
les programmes spatiaux et de défense des USA et de l’URSS.
Leur résistance aux rayonnements électromagnétiques,
provoqués par une explosion atomique en particulier, confèraient
aux systèmes fluidiques des avantages techniques dans certains
domaines sensibles.
Les systèmes électroniques et micro-électroniques ont cependant
supplanté peu à peu les systèmes fluidiques dans le domaine
du traitement des signaux et de l’informatique.
5
Principes fondamentaux de l’air comprimé
1.2
Unités et formules
Les unités SI ( Système International d’unités) ont été agréées
lors de la 14è conférence générale sur les poids et mesures.
Elles sont prescrites depuis le 16 octobre 1971.
1.2.1
Unités de base
Les unités de base sont des unités de mesure indépendantes
définies qui constituent la base du système SI.
Unité de base
1.2.2
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
Unités employées dans le domaine
de l’air comprimé
Unité
6
Formule
Symbole formule
En technique, on utilise des mesures dérivées de l’unité de
base. Le tableau ci-dessous présente les unités les plus
fréquemment utilisées dans le domaine de l’air comprimé.
Symbole
Nom
Force
F
[N]
Newton
Pression
p
[ Pa ]
[ bar ]
Pascal
Bar
1 bar = 100 000 Pa
Surface
A
[ m2 ]
Mètre carré
Volume
V
[ m3 ]
[l]
Mètre cube
Litre
1 m3 = 1 000 l
Vitesse
v
[m/s]
Mètre par seconde
Masse
m
[ kg ]
[t]
Kilogramme
Tonne
1 t = 1 000 kg
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
Principes fondamentaux de l’air comprimé
1.3
Qu’est-ce que l’air comprimé?
1.3.1
Composition de l’air
Azote
78%
L’air contenu dans notre environnement, c’est-à-dire dans
l’atmosphère, se compose de :
78 % d’azote
21 % d’oxygène
Oxygène
21%
1 % d’autres gaz
( dioxyde de carbone et argon par exemple)
Autres gaz
1%
Figure 1.11:
Composition de l’air
1.3.2
Propriétés de l’air comprimé
L’air comprimé est de l’air atmosphérique compressé.
L’air comprimé est porteur d’énergie thermique.
Air comprimé
L’air comprimé peut couvrir certaines distances (conduites), être
stocké (réservoir d’air comprimé) et exécuter un travail
(décompression).
Energie de
pression
Chaleur
Figure 1.12:
Compression de l’air
1.3.3
Comportement de l’air comprimé
p
p p
p
p
p
p
p
Plus la température est élevée, plus le déplacement des
molécules d’air est rapide et plus la pression générée
augmente.
p
V
p
p
Comme tous les gaz, l’air est composé de molécules. Les
molécules sont soudées entre elles grâce aux forces
moléculaires. Si l’air est enfermé dans un réservoir (volume
constant), ces molécules sont projetées sur les parois du
réservoir et génèrent une pression p.
p
Volume ( V )
= constant
Température ( T ) = augmente
Pression ( p )
T
Figure 1.13:
Air contenu dans un réservoir fermé
= croissante
Indépendamment l’un de l’autre, les physiciens Boyle et Mariotte ont réalisé des expériences sur des volumes de gaz fermés
et ont découvert la relation suivante :
Le volume de gaz est inversement proportionnel à la
pression (loi de Boyle-Mariotte ).
7
Principes fondamentaux de l’air comprimé
1.4
Bases physiques
Les conditions de l’air comprimé sont déterminées par les
trois grandeurs d’état thermiques:
T
= Température
V
= Volume
p
= Pression
p × V
————
T
=
constant
Ce qui signifie:
Chaleur
Volume constant (isochore)
Pression et température variables
La pression croît si l’on augmente la température en
conservant un volume constant.
p0 , T 0
p1 , T 1
Volume constant
Compression isochore
p0
——
p1
=
T0
——
T1
Température constante ( isotherme)
Pression et volume variables
p0 , V 0
La pression augmente si l’on réduit le volume tout en
maintenant la température constante.
p1 , V 1
Température constante
Compression isotherme
Chaleur
p0 × V 0 =
p1 × V1 =
constant
Pression constante (isobare)
Volume et température variables
V0 , T 0
V1 , T 1
Pression constante
Compression isobare
8
Le volume croît si l’on augmente la température en
maintenant une pression constante.
V0
——
V1
=
T0
——
T1
Principes fondamentaux de l’air comprimé
1.4.1
La température indique l’état thermique d’un corps. Elle est lue
sur un thermomètre en degrés °C ou convertie en degrés Kelvin
(K).
Température
T [K ] =
0°C
t [ °C ] + 273,15
Figure 1.14:
Indication de la température
1.4.2
Volume V [ l, m3 ]
Volume
Etat comprimé à l’état détendu, air libre
Le volume est par exemple déterminé par les dimensions d’un
cylindre. Il est mesuré en l ou m3 à une température de 20 ° C et
à une pression de 1 bar.
Les valeurs indiquées dans la présente documentation se
rapporteront toujours à de l’air comprimé à l’état détendu.
VCyl =
Volume (V)
d2 × π
———— × h
4
VCyl = Volume
d
= Diamètre
h
= Hauteur
[m3]
[m]
[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 la
norme DIN 1343. Il est inférieur de 8% au volume à 20 ° C.
760 Torr = 1,01325 barabs
273,15 K = 0 °C
Volume normalisé + 8 % =
0°C
= 101 325 Pa
Volume
20 ° 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 compte
en tant que points de référence.
0 barabs
8 barabs
lI faut toujours indiquer la pression lorsque l’on spécifie le volume
réel. Ainsi, 1 m3 à 7 bars signifie que 1 m3 d’air détendu est
compressé à 7 bars = 8 bar abs et n’occupe plus que 1/8 du
volume d’origine.
9
Principes fondamentaux de l’air comprimé
1.4.3
Pression
Pression atmosphérique pamb [bar]
La pression atmosphérique est générée par le poids de la couche
d’air qui nous entoure. Elle est indépendante de la densité et
de la hauteur de l’atmosphère.
Au niveau de la mer, 1 013 mbar
= 1,01325 bar
= 760 mm/Hg
= 101 325 Pa
[Torr]
Sous des conditions constantes, la pression atmosphérique
décroît au fur et à mesure que l’emplacement de mesure est
élevé.
Figure 1.15:
Pression atmosphérique
Surpression ps [ bars ]
La surpression est la pression mesurée au-dessus de la pression
atmosphérique. Dans le domaine de l’air comprimé, la pression
est généralement spécifiée en tant que surpression, en bar et
sans l’index „ s“.
Surpression
pS
Pression absolue pabs [bar]
pabs
Pression d’air
barométrique
p vid
pabs
pamb + ps
La pression est exprimée en Pascal [Pa], conformément au
système SI. En pratique, elle est cependant encore indiquée
en „ bar “. L’ancienne désignation atm (1 atm = 0,981 bar) n’existe
plus.
pamb
pamb
ps
pvid
pabs
=
Vide partiel
Vide 100 %
=
=
=
=
Pression d’air atmosphérique
Surpression
Vide partiel
Pression absolue
Figure 1.16:
Les différentes pressions
10
La pression absolue pabs est la somme résultant de la pression
atmosphérique pamb et de la surpression ps.
Force
Pression = ————
Surface
1 Pascal =
1 bar
1 Newton
————
1 m2
= 10195 mm CE
F
p = ——
A
1 Pa =
1N
——
1 m2
[colonne d’eau en mm]
Principes fondamentaux de l’air comprimé
1.4.3
Volume débité D [l/min., m³/min., m³/h]
Volume débité
Le débit est exprimé par le volume (l ou m³ ) par unité de temps
( minutes ou heures).
Volume
On différencie le volume engendré (puissance d’aspiration) et
le volume débité (débit réel) d’un compresseur.
engendré
Þ
Puissance d’aspiration
Volume engendré Veng [l/min., m³/min., m³/h]
Volume débité
Débit réel
Puissance d’aspiration
Le volume engendré est une grandeur calculable sur les
compresseurs à pistons. Il est le produit de la taille du piston
(cylindrée), de la vitesse de rotation du compresseur (nombre
de courses) et du nombre de cylindres aspirants. Le volume
engendré est indiqué en l/min., m3/min. ou en m3/h.
Û
Veng = A × c × n × z
Figure 1.17:
Veng
A
h
n
z
=
=
=
=
Volume engendré
[ l / min .]
Surface du cylindre
[ dm2]
Course
[ dm]
Nombre de courses
[ tr/ min .]
(vitesse de rotation du compresseur)
= Nombre de cylindres aspirants
Débit D [ l/min, m³/min, m³/h ]
PMH
PMB
PMH = Point Mort Haut
PMB = Point Mort Bas
Figure 1.18:
Déplacement du piston
Contrairement au volume engendré, le volume débité n’est pas
une valeur calculée, mais une valeur mesurée sur la conduite
de refoulement d’un compresseur et soustraite des conditions
d’aspiration. Le volume débité dépend de la pression finale relative aux conditions d’aspiration, de pression et de température.
Ainsi, lorsque l’on calcule les conditions d’aspiration, le volume
débit mesuré doit être „détendu“ à la pression d’aspiration et
„refroidi“ à la température d’aspiration.
Le volume débité est mesuré conformément aux spécifications
indiquées dans les normes VDMA 4362, DIN 1945, ISO 1217
ou PN2 CPTC2 et exprimé en l/min., m3/min. ou m3/h. Le débit
effectif, donc le débit réellement utilisable, est une valeur essentielle lors de la conception du compresseur. Les débits ne
peuvent être comparés entre eux que s’ils ont été mesurés
sous des conditions identiques. Il faut donc que la température
d’aspiration, la pression d’aspiration, l’humidité relative et la
pression de mesure correspondent.
11
Principes fondamentaux de l’air comprimé
Débit normalisé DNorm [Nl/min., Nm3/min., Nm3/h ]
Tout comme le volume débité, le débit normalisé est également
mesuré.
Il ne correspond toutefois pas aux conditions d’aspiration, mais
à une valeur de comparaison théorique. Les valeurs théoriques
sont les suivantes pour l’état normal physique :
Débit
20°C
+ 8% =
Volume normalisé
0°C
Température
= 273,15 K
( 0 °C )
Pression
= 1,01325 bar ( 760 mm HG )
Densité de l’air = 1,294 kg/m3 ( air sec )
Figure 1.19:
Volume normalisé
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 faut
également spécifier la pression de l’air comprimé en plus de la
valeur Vl/min., Vm3/min ou Vm3/h.
1bar abs
Figure 1.20:
Débit réel
12
8bar abs
Principes fondamentaux de l’air comprimé
1.5
Air comprimé déplacé
Des lois différentes sont appliquées lorsque de l’air est en
mouvement et lorsqu’il est stationnaire.
1.5.1
Comportement du courant
Le débit est calculé à partir de la surface et de la vitesse.
D
S1
S2
= S1 × v1
= S2
× v2
S1
v2
—— = ——
S2
v1
v2
v1
Figure 1.21:
Comportement du courant
D
=
A 1, A 2 =
v1, v2 =
Débit
Section
Vitesse
Le théorème suivant découle de cette formule :
La vitesse du courant est inversement
proportionnelle à la section.
1.5.2
Types de flux
ll existe différentes sortes de courants : les courants laminaires
(le cas idéal), ou turbulents (refoulements et tourbillons).
Flux laminaire (courant régulier)
Faible chute de pression
Faible transfert de chaleur
Figure 1.22:
Flux laminaire
Flux turbulent (courant tourbillonnaire)
Chute de pression élevée
Transfert de chaleur important
Figure 1.23:
Flux turbulent
13
Les compresseurs d'air
3.
les compresseurs d'air
Les compresseurs
sont des machines utilisées pour transporter ou comprimer des
gaz à une pression quelconque.
Les ventilateurs
sont des turbo-machines qui véhiculent de l'air dont les propriétés
se rapprochent de celles de l'air atmosphérique.
Les ventilateurs ne sont sujets qu'à de faibles fluctuations de
densité et de température.
Les pompes à vide
sont des machines qui aspirent des gaz et des vapeurs pour
générer un vide.
3.1
Compresseurs
3.1.1
Compresseurs dynamiques
( turbocompresseurs)
Les compresseurs dynamiques sont par exemple des
turbocompresseurs sur lesquels des rotors munis de pales
accélèrent le gaz à comprimer. Des systèmes de guidage fixes
sur les pales convertissent l'énergie de vitesse en énergie de
pression.
Les compresseurs dynamiques sont conseillés
lorsque l'on est en présence de débits importants
et de pressions de refoulement faibles.
3.1.2
Compresseurs volumétriques
Sur les compresseurs volumétriques, la chambre de
compression est fermée lorsque l'air a été entièrement aspiré.
Le volume est réduit et l'air est comprimé en force.
Les compresseurs volumétriques sont conseillés
dans le cas de faibles débits et de pressions
de refoulement importantes.
24
Les compresseurs d'air
3.2
Types de compresseurs
Le tableau ci-dessous présente un aperçu des différents
compresseurs en fonction de leur principe de fonctionnement.
Sur tous les appareils, on différencie les compresseurs
fonctionnant sans huile et ceux lubrifiés par huile.
Compresseurs
Compresseurs volumétriques
Turbocompresseurs
Compresseur axial
Compresseur radial
oscillants
avec manivelle
rotatifs
sans
manivelle
mono-axe
multi-axes
Compresseur
multicellulaire
Compresseur
à vis
Compresseur à
anneau liquide
Compresseur
Roots
Compresseur
à piston
Compresseur à
spirale
Compresseur à
pist. plongeant
Compresseur à
crosse de pist.
Compresseur à
diaphragme
Compresseur à
piston libre
25
Les compresseurs d'air
3.2.1
Compresseurs standard
Type
Pl. de pression
Débit
[bar]
[m3 / h]
Compresseur à
piston plongeant
10 (1 étage)
35 (2 étages)
120
600
Compresseur
à crosse de piston
10 (1 étage)
35 (2 étages)
120
600
Compresseur à
diaphragme
faible
aucun
Compresseur à
piston libre
utilisation plus limitée
que le générateur à gaz
26
Symbole
Le tableau ci-dessous présente les domaines de travail typiques
de différents types de compresseurs standard.
Schéma fonct.
Compresseur
multicellulaire
16
4500
Compresseur à
anneau liquide
10
Compresseur
à vis
22
750
Compresseur
Roots
1,6
1200
Compresseur
axial
10
200000
Compresseur
radial
10
200000
Les compresseurs d'air
3.2.2
Compresseur à piston
Les compresseurs à pistons aspirent l'air par déplacement
ascendant et descendant du piston, le compriment, puis
l'évacuent. Les soupapes d'aspiration et de pression contrôlent
les processus.
La disposition de plusieurs étages de compression en série
permet de générer différentes pressions, et différents débits
sont obtenus si l'on utilise plusieurs cylindres.
Figure 3.1:
Symbole du compresseur à piston
Compresseur a piston plongeant
Dans le cas du compresseur à piston plongeant, le piston est
relié directement au vilebrequin par la bielle.
Figure 3.2:
Schéma fonctionnel du compresseur à piston
plongeant
Compresseur à crosse de piston
Le piston est entraîné par une bielle entraînée à son tour par la
crosse de piston.
Crosse de
piston
Caractéristiques du compresseur à crosse de piston :
– rendement élevé
– pressions élevées
Figure 3.3:
Schéma fonctionnel du compresseur à crosse de
piston
27
Les compresseurs d'air
La disposition des cylindres permet de différencier les
compresseurs à pistons.
– Cylindres verticaux
Le piston et les segments de pistons ne sont soumis à
aucune contrainte par le poids du piston.
Faible surface de base.
Figure 3.4:
Compresseur à piston plongeant en V
– Cylindres à plat.
Compresseurs multi-cylindres uniquement, de type Boxer.
Faibles forces de gravité. Cet avantage ne se remarque
que dans le cas de puissances importantes.
– Compresseurs en V, en W ou en L.
Bon équilibrage de masse.
Encombrement faible.
Figure 3.5:
Compresseur à piston plongeant en W
Figure 3.6:
Compresseurs à crosse de piston
à plat, en L, en V, en W
28
Les compresseurs d'air
3.2.3
Compresseur à diaphragme
Le compresseur à diaphragme se range dans la catégorie des
compresseurs volumétriques .
La compression est générée par une membrane élastique. Il ne
s'agit plus d'un piston qui se déplace sur un plan linéaire entre
deux positions de fin de course, mais d'une membrane sur
laquelle sont appliquées des vibrations non linéaires. La
membrane est fixée sur les bords et actionnée par la bielle de
piston. La course de la bielle dépend de l'élasticité de la
membrane.
Figure 3.7:
Symbole du compresseur à diaphragme
Caractéristiques :
– diamètre de cylindre important
– déplacement moindre
– économique dans le cas de faibles débits, de basses
pressions et lorsqu'un vide est généré
Figure 3.8:
Schéma fonctionnel du compresseur à
diaphragme
29
Les compresseurs d'air
3.2.4
Le compresseur à piston libre entre dans la catégorie des
compresseurs volumétriques.
Compresseur à piston libre
Il s'agit d'un compresseur équipé d'un moteur diesel deux temps.
L'air comprimé agit sur les pistons qui se trouvent en position
extérieure, les chasse vers l'intérieur et entraîne le compresseur.
L'air de combustion ainsi comprimé dans le cylindre moteur
sépare les pistons lors de la combustion du carburant injecté.
L'air enfermé est comprimé. La plus grande partie de l'air
comprimé est évacuée par une soupape de maintien de la
pression lorsque l'air de purge nécessaire a été évacué. L'air
restant chasse le piston vers l'arrière et un nouveau cycle
débute. Les soupapes d'admission aspirent de l'air frais.
Caractéristiques :
a
– rendement élevé
– fonctionnement sans à-coups
b
c
b
d
a
b
c
d
=
=
=
=
Orifice d'évacuation de l'air
Orifice d'admission
Admission du carburant
Purge
Figure 3.9:
Schéma fonctionnel d'un compresseur à piston
libre
30
– principe simple, mais rarement utilisé
En pratique, les déplacements du piston doivent être
synchronisés. Il faut de plus prévoir d'importants
systèmes de commande.
Les compresseurs d'air
3.2.5
Compresseur multicellulaire
Le compresseur multicellulaire (compresseur à lamelles ou
compresseur rotatif à palettes) entre dans la catégorie des
compresseurs volumétriques rotatifs.
Le carter et le piston rotatif constituent la chambre servant à
aspirer et à comprimer l'air.
Figure 3.10:
Symbole du compresseur multicellulaire
Un rotor cylindrique monté excentriquement tourne dans un
boîtier hermétique. Le rotor (tambour) présente des fentes longitudinales radiales sur toute sa longueur. Des coulisseaux se
déplacent dans le sens radial à l'intérieur des fentes.
Dès que le rotor toune à une certaine vitesse, les coulisseaux
de travail sont plaqués sur la paroi intérieure du carter sous
l'effet de la force centrifuge. La chambre de compression située
entre le rotor et le carter est divisée en plusieurs cellules par
les coulisseaux (chambres de travail).
Le montage excentrique du rotor permet d'agrandir ou de réduire
le volume au cours d'une rotation.
Les chambres de compression sont lubrifiées par lubrification
excédentaire ou par injection d'huile.
Figure 3.11:
Schéma fonctionnel d'un compresseur
multicellulaire
L'injection de grandes quantités d'huile dans la chambre de
compression permet, outre l'effet de lubrification, de refroidir et
d'isoler les coulisseaux par rapport aux paroies du boîtier. L'huile
injectée peut être séparée du mélange air/huile à l'issue de la
compression 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
31
Les compresseurs d'air
3.2.6
Compresseur à anneau liquide
Le compresseur à anneau liquide entre dans la catégorie des
compresseurs volumétriques rotatifs.
Les pales radiales fixes de l'arbre monté excentriquement dans
le carter soumettent le liquide obstruant à une rotation. Un
anneau liquide se forme et isole les chambres situées entre les
pales du carter.
Le contenu de la chambre se modifie lorsque l'arbre est en
rotation, l'air étant ainsi aspiré, comprimé et transporté.
Figure 3.12:
Symbole du compresseur à anneau liquide
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 liquide
auxiliaire est pompé en continu dans la chambre de
pression
– rendement moindre
a
b
c
d
e
=
=
=
=
=
Rotor
Carter
Orifice d'admission
Orifice d'échappement
Liquide
Figure 3.13:
Schéma fonctionnel d'un compresseur à anneau
liquide
32
Les compresseurs d'air
3.2.7
Compresseur à vis
Le compresseur à vis entre dans la catégorie des compresseurs
volumétriques rotatifs.
Deux rotors parallèles présentant des profils différents tournent
en sens inverse dans un carter.
Figure 3.14:
Symbole du compresseur à vis
L'air aspiré par le cœur du compresseur à vis, c'est-à-dire par le
bloc vis, est comprimé en continu jusqu'à la pression finale lors
de son transport dans des chambres dont la taille ne cesse de
diminuer, puis refoulé par les conduites de pression. Les
chambres forment les parois du carter et les pales à engrenage
des deux rotors.
Compresseur à vis sans huile
Sur le compresseur à vis compressant sans huile, l'air comprimé
dans la chambre de compression n'entre pas en contact avec
l'huile, un entraînement synchronisé assure la rotation des rotors
sans que les surfaces des profils se touchent.
Compresseur à vis refroidis par injection d'huile
Figure 3.15:
Schéma fonctionnel d'un compresseur à vis
Sur le compresseur refroidi par injection d'huile, seul le rotor
est 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
33
Les compresseurs d'air
3.2.8
Compresseur Roots
Le compresseur Roots entre dans la catégorie des
compresseurs volumétriques.
Deux pistons rotatifs symétriques tournent en sens inverse dans
une chambre cylindrique. Un entraînement synchronisé leur
permet de fonctionner sans se toucher.
Figure 3.17:
Symbole du compresseur Roots
L'air à comprimer est introduit dans le carter du compresseur
par le côté aspiration. Il est emprisonné dans la chambre située
entre les pales et le carter. Dès que le piston ouvre l'angle du
côté aspiration, le gaz pénètre dans les conduites de pression
et remplit la chambre de pression. Lorsque la pale poursuit sa
rotation, le volume de la chambre de transport est exposé à
une contre-pression et éjecté. La compression n'est pas
constante. Le compresseur doit donc toujours lutter contre
l'entière pression dynamique.
Caractéristiques :
– pas d'usure du piston rotatif et donc absence de
graissage
– air sans huile
– sensible à la poussière et au sable
Figure 3.18:
Schéma foncionnel du compresseur Roots
34
Les compresseurs d'air
3.2.9
Compresseur axial
Les compresseurs axiaux sont des turbomachines. L'air s'écoule
sur le plan axial en passant alternativement au travers d'un
certain nombre de pales en rotation et stationnaires.
L'air est accéléré avant d'être comprimé. Les canaux des pales
forment des conduites allant en s'élargissant, sous forme de
diffuseurs, dans lesquelles l'énergie cinétique de l'air obtenue
par la rotation est retardée et transformée en énergie de pression.
Figure 3.19:
Symbole du turbocompresseur
Caractéristiques :
– transport régulier
– air sans huile
– sensible aux variations de charge
– un débit minimum est exigé
Figure 3.20:
Schéma fonctionnel d'un compresseur axial
35
Les compresseurs d'air
3.2.10
Compresseur radial
Les compresseurs radiaux sont des turbomachines sur
lesquelles l'air est amené au centre de la roue à aube en rotation.
L'air est projeté sur la périphérie sous l'action des forces
centrifuges. La montée en pression est obtenue en faisant
passer l'air accéléré au travers d'un diffuseur avant qu'il atteigne
la pale suivante. L'énergie cinétique (énergie produite par la
vitesse) se transforme en pression statique lors de ce processus.
Figure 3.21:
Symbole du turbocompresseur
Caractéristiques :
– transport régulier
– air sans huile
– sensible contre les changements de charge
– un débit minimum est exigé
Figure 3.22:
Schéma fonctionnel d'un compresseur radial
36
Les compresseurs d'air
3.3 Compresseurs à piston
3.3.1 Généralités
Les compresseurs à pistons fonctionnent selon le principe du
refoulement. Le piston aspire l'air par la soupape d'aspiration
lorsque le piston descend. La soupape se ferme dès que le
piston remonte. L'air est comprimé et chassé par la soupape
de refoulement. L'entraînement du piston peut être réalisé au
moyen d'une transmission à manivelle, avec vilebrequin et
bielles.
Les compresseurs à pistons peuvent se composer de un ou
plusieurs cylindres et de un ou plusieurs étages.
On utilise les compresseurs à plusieurs cylindres pour générer
des débits importants et les compresseurs à plusieurs étages
lorsque des pressions élevées sont exigées.
Compression à un étage
La compression jusqu'à la pression finale est réalisée en une
seule course de piston.
Compression à deux étages
L'air comprimé qui se trouve dans le premier étage (étage
basse pression) est refroidi dans le radiateur auxiliaire, puis
comprimé à la pression finale dans le deuxième étage
(cylindre haute pression).
Figure 3.23:
Compresseur à piston BOGE
Compresseur à action simple
Une opération de compression est réalisee à chaque rotation
du vilebrequin.
Compresseur à action double
Deux opérations de compression sont réalisées à chaque
rotation 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 piston
représente un élément décisif pour analyser l'usure. Il est ainsi
possible qu'un compresseur de grande cylindrée et à faible
vitesse de rotation possède une vitesse de piston élevée. La
vitesse de piston, mesurée en m/s, est extrêmement faible sur
les compresseurs à pistons BOGE. Il en résulte une usure
minimale.
Aspiration
Compression
Figure 3.24:
Principe de fonctionnement
37
Les compresseurs d'air
Volume aspiré - débit réel
Volume engendré - volume débité
3.3.2 Volume aspiré - Débit
Le volume aspiré (volume engendré) est une grandeur calculée
sur les compresseurs à pistons. Elle est le produit de la
cylindrée, de la vitesse de rotation du compresseur (nombre de
courses) et du nombre de cylindres aspirants. Le volume
engendré est exprimé en l/min., m3/min. ou en m3/h.
Volume engendré
Þ
Volume aspiré
Volume débité
Débit réel
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 rendement
volumétrique.
Û
E
Figure 3.25:
Volume engendré et débit
C
R
Espace mort
L'espace mort est une valeur constructive. Il se trouve entre le
point 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 trouve
dans l'espace mort (ré-expension) est porté à la pression
atmosphérique. Ce n'est qu'à cet instant que l'air extérieur est
aspiré pendant que le piston poursuit sa descente.
E = espace mort
C = course
R = ré-expansion
Figure 3.26:
Espace mort
38
La différence entre le volume aspiré et le débit réel est due au
fait que la pression de l'air aspiré commence à chuter dès
l'aspiration dans le filtre d'aspiration. Il se produit en outre des
pertes causées par des fuites, l'air aspiré se réchauffe et une
ré-expansion due à l'espace mort a également lieu.
Les compresseurs d'air
3.3.3 Refroidissement
Tous les processus de compression génèrent de la chaleur. Le
degré d'échauffement dépend de la pression finale du
compresseur. Plus cette dernière est élevée, plus la température
de compression le sera également.
Le règlement de prévoyance contre les accidents stipule que la
température de compression des compresseurs à chambres
de compression lubrifiées à l'huile et compression à un étage,
présentant une puissance moteur de 20 kW maximum et de 10
bar maximum, peut s'élever à 220°C.
Une température maximale de 200°C est autorisée lorsque les
pressions et les puissances moteur sont plus élevées. Dans le
cas d'une compression à plusieurs étages et de pressions
supérieures à 10 bar, la température de compression finale ne
doit pas dépasser 160°C.
Figure 3.27:
Guidage de l'air de refroidissement sur le
compresseur à piston
La majeure partie de la chaleur de compression doit donc être
évacuée. Des températures d'air comprimé trop élevées
représentent un danger, car une faible partie de l'huile utilisée
pour le graissage pénètre sous forme d'huile résiduelle dans
l'air comprimé lors de la compression. L'air risque donc de
s'enflammer. Un incendie dans la conduite ou dans le
compresseur serait toutefois le moindre des maux. A partir de
certaines températures, le risque d'explosion est particulièrement
élevé, justement dans le cas de l'air comprimé, car, par rapport
au volume, il présente une teneur en oxygène beaucoup plus
importante que celle de l'air atmosphérique.
Un radiateur intermédiaire ou auxiliaire équipe chaque étage de
compresseur pour générer un air comprimé aussi froid que
possible.
La quantité de chaleur qu'il faut évacuer par refroidissement
dépend du volume d'air et de la pression. Les compresseurs
puissants sont équipés de deux ou trois cylindres, voire même
davantage. Les cylindres sont montés de manière à être
exposés au courant d'air du ventilateur. La surface des cylindres
et des têtes de cylindres présente de larges ailettes afin
d'optimiser l'évacuation de la chaleur. Le refroidissement intensif
et les ailettes du compresseur restent cependant insuffisants
pour obtenir une température d'air comprimé aussi faible que
possible. L'air comprimé doit être également refroidi dans le
radiateur intermédiaire, entre le premier et le deuxième étage,
ou dans le radiateur auxiliaire, en aval du deuxième étage. Une
compression sur plusieurs étages doit être réalisée si le
refroidissement demeure insuffisant.
Figure 3.28:
Radiateur auxiliaire représenté par un radiateur à
ailettes à turbulences
La prescription VBG 16 § 9 du règlement de prévoyance contre
les accidents stipule en Allemagne qu'un refroidissement à 60
ou 80°C doit être obtenu au bout du dernier étage sur les
compresseurs à pistons lubrifiés par huile. Une faible
température de sortie de l'air comprimé présente l'avantage de
fournir un air peu humide. Les composants ajoutés au
compresseur (réservoir d'air comprimé, appareils de retraitement
de l'air comprimé) peuvent être conçus pour résister à de faibles
températures et sont donc meilleur marché. La température de
sortie de l'air comprimé est de 10 à 15°C supérieure à l'air
ambiant sur les compresseurs à pistons refroidis par air, selon
la qualité du compresseur.
39
Les compresseurs d'air
3.3.4 Réfrigérant
Les compresseurs à pistons sont généralement des
compresseurs refroidis par air. L'air de refroidissement
présente l'avantage d'être disponible gratuitement et en quantité
illimitée presque partout.
L'air de refroidissement est généré par un ventilateur qui dirige
l'air de refroidissement sur le radiateur intermédiaire ou auxiliaire
et sur le compresseur.
Du condensat se forme à l'intérieur du radiateur lorsque l'air est
comprimé ou refroidi. Sous l'effet de la vitesse du courant, le
condensat quitte le radiateur auxiliaire et pénètre dans le réseau
de conduites ou dans le réservoir d'air comprimé.
3.3.5 Régulation des compresseurs à
pistons
Les compresseurs à pistons sont généralement régulés au
moyen de pressostats. Ces derniers doivent être montés à
l'endroit où l'air comprimé n'est plus agité. Ce sera par exemple
sur le réservoir de pression et non sur la conduite située entre
le compresseur et le réservoir.
Le pressostat arrête le compresseur lorsque la pression maximale est atteinte et le déclenche lorqu'il passe à 20% en dessous
de la pression maximale. Le rapport est donc de 8 :10 bar ou
de 12 :15 bar.
Un faible écart de pression de déclenchement est déconseillé.
Le compresseur démarre sinon trop souvent, l'usure du
compresseur et du moteur étant ainsi accrue. La pression de
déclenchement peut être réduite pour une pression d'arrêt égale.
De cette manière, le compresseur fonctionne sur des périodes
plus longues, mais il s'arrête en même temps plus longtemps.
La pression de déclenchement réglée ne doit pas descendre
en dessous de la pression minimale du réseau d'air comprimé.
Figure 3.29:
Interrupteur manométrique
(pressostat)
3.3.6 Avantages des compresseurs à pistons
Les compresseurs à pistons s'arrêtent dès que la pression
maximale est atteinte (mode intermittent).
Les compresseurs à pistons sont par conséquent parfaitement
adaptés en tant que machines à charge de pointe. Le
compresseur ne se met en route que lorsqu'un besoin d'air
important intervient et s'arrête aussitôt que la pression maximale est atteinte, réalisant ainsi une économie d'énergie de
près de 30 %.
— 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)
40
Les compresseurs d'air
3.3.7 Modules d'un compresseur à piston
Carter moteur
Filtre d'aspiration
Radiateur
Moteur
d'entraînement
Pressostat
Soupape de
sécurité
Evacuation du
condensat
Raccord d'air
comprimé
Figure 3.30:
Modules d'un compresseur à piston
41
Les compresseurs d'air
3.4 Compresseurs à vis
Contrairement au compresseur à piston, le compresseur à vis
est un type de compresseur relativement récent. Bien que son
principe ait déjà été développé en 1878 par Heinrich Krigar à
Hannovre, sa construction n'a commencé qu'à l'issue de la
seconde guerre mondiale. La société suédoise "Svenska Rotor
Maskiner" ( SRM ) développa le compresseur à vis pour en faire
un appareil standard sur le plan technique.
3.4.1 Généralités
Les compresseurs à vis fonctionnent selon le principe du
refoulement. Deux rotors parallèles présentant des profils
différents tournent en sens inverse dans un carter.
Figure 3.31:
Vue en coupe d'un compresseur à vis
L’air aspiré est compressé jusqu’au niveau de compression final
dans des chambres dont le volume ne cesse de diminuer, suite
à la rotation des rotors. Il passe ensuite dans les conduites de
refoulement. Les chambres sont formées par les parois du carter
et les profils hélicoïdaux des rotors
3.4.2 Compression
Aspiration
Compression
Aspiration ( 1 )
L’air entre par l’orifice d’aspiration dans les spires des rotors
ouvertes du côté aspiration.
Aspiration
Compression ( 2 ) + ( 3 )
Compression
Aspiration
Compression
la rotation progressive des rotors provoque la fermeture de
l’orifice d’admission d’air, le volume est réduit et la pression
monte.
L'huile est injectée lors de ce processus.
Aspiration
Evacuation ( 4 )
la compression est terminée, la pression finale est atteinte,
le refoulement commence.
Compression
Figure 3.32:
Compression sur un compresseur à vis
42
Les compresseurs d'air
3.4.2 Principe de
fonctionnement
9
8
1
11
10
12
6
2
4
3
7
5
Figure 3.33:
Schéma fonctionnel d'un
compresseur à vis BOGE
1
= Filtre d'aspiration avec filtre microporeux
en 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 courant
d'air de refroidissement
10 = Filtre microporeux
11 = Vanne thermostatique
12 = Ouverture de nettoyage
Les compresseurs à vis BOGE aspirent l'air ambiant via le
filtre 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 le
régulateur multifonctions 2. De l'huile refroidie 3 finement dosée
est injectée en continu à 55 °C environ dans la chambre de
compression. Elle absorbe la chaleur qui se produit lors de la
compression et atteint une température de 85°C environ. Les
directives CE sur les machines stipulent que la température
finale de compression peut atteindre 110°C. La plus grande
partie de l'huile est séparée de l'air comprimé dans la cuve
mixte 5. Le séparateur d'huile 6 sépare le reste, de manière à
ce que la teneur en huile résiduelle ne soit plus que de 1 à 3
mg/m3. L'air comprimé entre ensuite dans le radiateur auxiliaire
d'air comprimé 9 via un clapet anti-retour à pression minimale
7, où il est refroidi à une température supérieure de 8°C env.
seulement à celle de la température d'aspiration. Il entre ensuite
dans le réseau d'air comprimé via la vanne d'arrêt montée en
série chez BOGE.
L'huile, séparée dans le séparateur d'huile, est refroidie de 85°C
à 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 circuit
de l'huile, permet de ramener directement l'huile froide à l'étage
de compression 4.
43
Les compresseurs d'air
L'huile injectée dans le bloc vis remplit les fonctions suivantes:
3.4.3 Circuit de l'huile
5
– 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
6
1
2
4
Figure 3.34:
Eléments composant le circuit de l'huile
3
1 = Réservoir d'air comprimé-huile (cuve mixte)
L'huile, séparée de l'air comprimé sous l'action de la force
centrifuge, se dépose dans la cuve mixte.
La pression qui règne dans le système permet de transporter
cette huile du réservoir dans le bloc vis.
2 = Clapet de réglage d'huile thermostatique
Le clapet de réglage d'huile thermostatique dirige l'huile, selon
sa température, vers le radiateur ou vers une conduite de
dérivation (lors de la phase de démarrage par exemple). L'huile
conserve ainsi toujours une température de fonctionnement optimale.
3 = Radiateur d'huile (refroidi par air ou par eau)
Le radiateur d'huile permet de refroidir l'huile à la température
de 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'huile
est refoulée vers le bloc vis dans le circuit de l'huile par la
conduite de drainage.
44
Les compresseurs d'air
L'air aspiré est compressé jusqu'à la pression finale dans les
chambres du bloc vis grâce aux rotors.
3.4.4 Circuit de l'air
1
2
1 = Filtre d'aspiration
Le filtre d'aspiration nettoie l'air aspiré par le bloc vis.
3
4
5
2 = Régulateur d'aspiration
Le régulateur d'aspiration ouvre (marche en charge) ou ferme
(marche à vide, ralenti) la conduite d'aspiration indépendamment
du 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 sous
l'action de la pesanteur.
5 = Séparateur d'huile
Le séparateur d'huile évacue l'huile résiduelle contenue dans
l'air comprimé.
8
7
6
Figure 3.35:
Eléments composant le circuit de l'air
6 = Clapet anti-retour à pression minimale
Le clapet anti-retour à pression minimale ne s'ouvre que lorsque
le système atteint une pression de 3,5 bar. Il provoque une
rapide chute de la pression dans le système et assure la
lubrification au cours de la phase de démarrage et de montée
en pression. Lorsque le compresseur est arrêté, le clapet antiretour permet d'éviter que de l'air comprimé ne s'échappe du
réseau.
7 = Radiateur auxiliaire d'air comprimé (refroidi par air)
L'air comprimé est refroidi dans le radiateur auxiliaire d'air
comprimé. Une grande partie de l'humidité contenue dans l'air
passe à l'état liquide lors de cette opération.
8 = Clapet anti-retour
Le clapet anti-retour permet d'isoler le compresseur à vis du
réseau.
45
Les compresseurs d'air
3.4.5 Récupération de la chaleur
Sur les compresseurs à vis refroidis par injection d'huile, l'huile
absorbe près de 85% de la chaleur. La chaleur, extraite de
l'huile dans un échangeur de chaleur, peut être utilisée pour
chauffer l'eau non potable ou de chauffage.
L'eau entrant dans l'échangeur de chaleur en contre-courant
est chauffée à une température de +70°C. La quantité d'eau
chauffée dépend de la différence de température.
Figure 3.36:
Echangeur de chaleur DUOTHERM de BOGE
3.4.6 Régulation de l'aspiration
Le régulateur d'aspiration commande l'aspiration de l'air du
compresseur à vis.
— Démarrage à vide lorsque le régulateur est fermé.
— Fermeture hermétique en marche à vide, à l'arrêt et lors
d'un arrêt d'urgence.

Figure 3.37:
Réglage de l'aspiration au moyen d'une vanne de
commande
3.4.7 Avantages des compresseurs à vis
— Lorsque de l'air comprimé est nécessaire en continu.
— Parfaits en tant que machines à charge de base.
— Economiques lorsque la durée de fonctionnement atteint
100%.
46
Les compresseurs d'air
3.4.8 Modules d'un compresseur à vis
Commande
Filtre d'aspiration
Filtre à huile
Radiateur air compriméhuile
Régulateur d'aspiration
Séparateur d'huile
Bloc vis
Filtre de l'air
de
ventilation
Moteur
Cuve mixte
Figure 3.38:
Modules d'un compresseur à vis
47
Les compresseurs d'air
3.5 Modules équipant les
compresseurs
3.5.1 Moteur d'entraînement
Les moteurs d’entraînement, les moteurs triphasés en particulier, fonctionnent généralement à un régime de 3000 t/min.
La vitesse de rotation appropriée pour le compresseur est obtenue grâce à une transmission par courroies trapézoïdales.
Les moteurs triphasés sont conformes à la classe de protection
IP 55 et à la classe d'isolation F, et représentent l'état actuel de
la technique.
Figure 3.39:
Moteur d'entraînement avec courroies
trapézoïdales et système de tension de courroies
3.5.2 Courroies trapézoïdales
Le compresseur est entraîné au moyen de courroies
trapézoïdales.
Grâce au système d'entraînement patenté GM qui équipe les
compresseurs à vis, les courroies ne nécessitent pratiquement
aucune maintenance, leur durée de vie peut atteindre 25 000
heures de fonctionnement.
3.5.3 Système de tension de courroie
Le moteur des compresseurs à pistons est monté sur un
système de tension de courroie. Pour tendre la courroie, le
moteur est déplacé sur des guides parallèles au moyen d'une
broche centrale. La courroie trapézoïdale peut tourner en toute
liberté.
Les compresseurs à vis BOGE sont équipés du système
d'entraînement GM BOGE. Grâce à ce système, il est inutile
de retendre la courroie ou de l'ajuster lorsqu'elle est remplacée.
En cours de fonctionnement, la tension de la courroie est
adaptée de manière optimale à chacune des phases de
fonctionnement.
Figure 3.40:
Entraînement GM BOGE
48
Les compresseurs d'air
3.5.4 Soupapes d'aspiration et de
refoulement
Figure 3.41:
Soupape à languette ferax ® de BOGE
3.5.5 Soupape de sécurité
La soupape à languette commande l’entrée et la sortie de
l’air dans la chambre du cylindre du compresseur à piston.
Les soupapes à languette ferax ® de BOGE possèdent moins
d'éléments que les soupapes traditionnelles. Elles fonctionnent
sans frottement, présentent peu d'espaces morts et une
résistance hydraulique moins importante. Il en résulte un débit
plus élevé, des durées de vie des soupapes plus longues et un
calaminage pratiquement nul. Le calaminage est dû aux
impuretés qui se forment en présence de températures de
compression élevées et qui se déposent sur les soupapes.
La soupape de sécurité doit évacuer le débit entier du compresseur à 1,1 fois la pression nominale du réservoir d’air comprimé.
Figure 3.42:
Soupape de sécurité sur le compresseur à vis
3.5.6 Filtre d'aspiration
Dépoussiéreur à
cyclone
Cartouche filtrante en
papier
L’air à comprimer est aspiré hors de la chambre du compresseur via le filtre d’aspiration. Le filtre d’aspiration sépare les
impuretés solides (particules de poussière) de l’air aspiré.
L’usure du compresseur est ainsi réduite à un minimum et le
client dispose d’un air comprimé propre.
Dans les environnements poussiéreux (cimenteries par
exemple), on utilise les cartouches filtrantes en papier, car elles
possèdent un pouvoir de séparation plus élevé que les filtres à
air de type humide traditionnels ou les filtres en mousse.
Evacuation automatique de la poussière
Il est possible de nettoyer les cartouches filtrantes sur les
compresseurs de grande taille. Il est également possible de
surveiller 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
49
Les compresseurs d'air
3.6 Lubrifiants et réfrigérants pour
compresseurs
Les huiles pour compresseurs sont conformes à la norme DIN
51506. Il est déconseillé d’utiliser des huiles HD pour lubrifier
un compresseur, car elles ont tendance à s’émulsionner et
perdent ainsi leur pouvoir lubrifiant.
Les huiles minérales et synthétiques sont autorisées. Dans
des conditions d'exploitation normales, les huiles minérales ont
une durée de vie de 2000 heures environ. Les huiles
synthétiques 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 de
rodage (entre 300 et 500 heures de fonctionnement environ).
Le compresseur ne doit pas être mis en route si le niveau d'huile
est insuffisant. Une marche d'essai sans huile, même de très
courte durée (pour s'assurer par exemple du sens de rotation)
peut détériorer l'appareil.
Figure 3.44:
Contrôle du niveau d'huile et sonde de niveau
Le filtre à huile doit être nettoyé après chaque vidange et
remplacé par un filtre neuf toutes les deux vidanges.
Les huiles pour compresseurs et le condensat des compresseurs
lubrifiés à l'huile ne doivent pas être déversés dans les
canalisations, mais éliminés en tant qu'huiles usagées.
Compresseur à piston
Les huiles à base synthétique permettent de porter la durée de
fonctionnement du compresseur à 8000 heures.
Compresseur à vis
Les huiles à base semi-synthétique permettent de porter la
durée de fonctionnement du compresseur à 9000 heures.
Des huiles USDA-H1 doivent être utilisées si l'air comprimé
entre en contact avec des produits alimentaires.
50
Régulation des compresseurs
4.
Régulation des compresseurs
L’objectif de la régulation est de réduire la consommation
d’énergie et l’usure et de maximiser la disponibilité.
Il existe différents types de régulation, en fonction du modèle
et de la taille du compresseur et du domaine d’application :
– régulation de la pression finale de compression (pression
réseau)
– régulation de la pression d’aspiration
– régulation du volume débité
– régulation de la puissance électrique absorbée du moteur
du compresseur
– régulation de l’humidité en aval du compresseur
La régulation de la pression finale du compresseur représente
le facteur de réglage le plus important.
4.1
Définitions de pressions
Pression réseau pR [barS]
La pression réseau pR est la pression mesurée à la sortie du
compresseur, après le clapet anti-retour. Il s’agit de la pression
qui règne dans le réseau de conduites.
Pression théorique du réseau pRT [barS]
La pression théorique du réseau pRT est la pression minimum
qui doit être disponible dans le réseau.
Pression du système pSyst [barS]
La pression du système pSyst est la pression qui règne au sein
d’un compresseur à vis jusqu’au clapet anti-retour de pression
minimale.
Pression de déclenchement pmin [bars]
La pression de déclenchement pmin est la pression à partir de
laquelle le compresseur est activé.
La pression de déclenchement pmin 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 le
compresseur est désactivé.
Sur les compresseurs à pistons, la pression d’arrêt pmax devrait
excéder de 20% env. la pression de déclenchement (par ex. :
pression de déclenchement de 8 bar et pression d’arrêt de 10
bar).
Sur les compresseurs à vis, la pression d’arrêt pmax devrait
excéder de 0,5 à 1 bar la pression de déclenchement (par ex. :
pression de déclenchement de 9 bar et pression d’arrêt de
10 bar).
51
Régulation des compresseurs
4.2
Etats de fonctionnement
L’état de fonctionnement représente la situation actuelle dans
laquelle se trouve le compresseur. Les états de fonctionnement
constituent la base de régulation des compresseurs.
4.2.1
Arrêt ( L0 )
Le compresseur est à l’arrêt, mais il est opérationnel. Il démarre
automatiquement dès que de l’air comprimé est nécessaire.
4.2.2
Marche à vide (L1 )
Le moteur du compresseur est en marche, mais l’air n’est pas
comprimé. Le compresseur économise l’énergie en partie
nécessaire pour la compression. Il passe immédiatement en
mode Pleine charge dès que de l’air comprimé est nécessaire.
La marche à vide permet de réduire les cycles moteur et par
conséquent de limiter l’usure.
On fait appel à différentes techniques pour contrôler la marche
à vide :
Commutation par circulation
La conduite d’aspiration est reliée directement à la conduite de
refoulement. D’importantes pertes de pression surgissent, il
est impératif de prévoir un clapet anti-retour.
Commutation par courant de retour
Les soupapes d’aspiration du compresseur ne sont pas fermées
lors du processus de compression. L’air n’est pas comprimé et
repart vers le côté aspiration.
La commutation par courant de retour est également appropriée
pour délester le compresseur au démarrage, la décharge
intervenant 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 à
comprimer, 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 peut
être généré.
52
Régulation des compresseurs
4.2.3
Charge partielle
Le débit du compresseur est adapté aux différents besoins en
air comprimé. La consommation d’énergie baisse lorsque le
débit diminue. La pression du réseau pR est constante.
Plusieurs méthodes permettent de faire varier le débit. Dans
certains 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 de
rotation du moteur. Cette application est utilisée en premier
lieu sur les compresseurs équipés d’un moteur à explosion.
Sur les compresseurs à moteur électrique, la vitesse de rotation
est 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 les
compresseurs à pistons uniquement)
L’agrandissement de l’espace mort provoque une forte réexpansion de l’air comprimé. Le débit peut être réduit peu à
peu si l’on ouvre plusieurs chambres de mise en circuit les
unes après les autres. Il existe également des variantes qui
permettent d’agrandir une chambre de mise en circuit en continu.
Réglage du courant de retour (sur les compresseurs à pistons
uniquement)
Le débit du compresseur est réduit en ouvrant les soupapes
d’aspiration au cours de la compression. La période d’ouverture
des soupapes d’aspiration détermine la diminution du débit
comprimé.
Un réglage de charge partielle de 25 à 100% du débit peut être
réalisé. Le débit descend à zéro si la soupape d’aspiration reste
ouverte pendant toute la durée de la compression.
Réglage de l’étranglement d’aspiration
Une soupape d’étranglement réglable est montée sur la conduite
d’aspiration pour réduire le volume d’aspiration. Le réglage
automatique est assuré par une soupape de pression asservie
sur laquelle on applique la pression réseau. Si la pression réseau
baisse, la soupape d’étranglement s’ouvre, le compresseur
aspire davantage d’air et le débit augmente. Dès que la pression
réseau s’est stabilisée, la soupape d’étranglement se referme
et le compresseur fonctionne au ralenti
Le débit varie en continu de 0 à 100 %. Les besoins en énergie
électrique restent supérieurs à 70%.
4.2.4
Pleine charge ( L2 )
Le compresseur fournit le débit maximum. La consommation
d’énergie atteint son maximum.
53
Régulation des compresseurs
4.3
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 fonctionnement
des compresseurs sont combinés dans différents types de
régulation. Le type de régulation retenu dépend des conditions
marginales.
4.3.1
Mode intermittent
En mode intermittent, un interrupteur manométrique ou un
manomètre de contact déclenchent le compresseur en fonction
de la pression qui règne dans le réseau.
Le compresseur possède deux modes de fonctionnement :
Pleine charge ( L2 ) et Arrêt ( L 0 ).
Pression
Parmi tous les types de régulation, cette conception présente
le meilleur bilan énérgétique. Elle est conseillée lorsqu’un
réservoir d’air comprimé volumineux équipe le compresseur. Un
volume de stockage important permet en outre de réduire le
nombre de cycles moteur.
– La pression réseau pR monte jusqu’à la pression d’arrêt
pmax.
Le compresseur passe en mode Arrêt (L0).
Rendement électrique
– La pression réseau pR chute jusqu’à la pression de
déclenchement pmin.
Le compresseur passe en mode Pleine charge (L2).
Figure 4.1 :
Schéma fonctionnel du mode intermittent
4.3.2
Marche à vide
Un interrupteur manométrique ou un manomètre de contact
permettent de déclencher le compresseur en pleine charge ou
de 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 compresseur
ne consomme plus que 30% environ de l’énergie nécessaire
lorsqu’il fonctionne en pleine charge.
Le fonctionnement continu du moteur minimise les démarrages
du moteur qui, particulièrement sur les gros moteurs, provoquent
une usure plus élevée.
Pression
Rendement électrique
Figure 4.2 :
Schéma fonctionnel du mode Marche à vide
54
Le mode Marche à vide est utilisé dans les réseaux d’air
comprimé disposant d’un volume de stockage relativement faible,
afin de ne pas dépasser le nombre de déclenchements autorisés
du moteur d’entraînement.
– La pression du réseau pR monte jusqu’à la pression
d’arrêt pmax.
Le compresseur passe en mode Marche à vide (L1).
– La pression du réseau pR chute jusqu’à la pression de
déclenchement pmin.
Le compresseur passe en mode Pleine charge (L2).
Régulation des compresseurs
4.3.3
Mode intermittent retardé
Un pressostat, ou un manomètre de contact, est utilisé en
association avec un élément temporel pour commander le
compresseur en fonction de la pression du réseau.
Le compresseur exécute les modes de fonctionnement Pleine
charge (L2), Marche à vide (L1) et Arrêt (L0). Les modes de
fonctionnement sont reliés entre eux via l’élément temporel tV .
Pression
1.
2.
Rendement électrique
Le mode intermittent retardé conjugue les avantages du mode
intermittent et ceux de la marche à vide. Il représente un juste
milieu, avec une consommation d’énergie moindre qu’en marche
à vide.
Deux variantes de commutation sont utilisées pour le mode
intermittent retardé :
1ère variante
Figure 4.3
Diagramme fonctionnel du mode intermittent
retardé
– La pression reseau pR augmente jusqu’à la pression
d’arrêt pmax..
Le compresseur passe en mode Marche à vide (L1).
– 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 (L2).
2è variante
– La pression réseau pR augmente jusqu’à la pression
d’arrêt pmax..
Le compresseur passe en mode Marche à vide (L1).
– 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 et
donc de plus faibles coûts en énergie que dans le cas de
figure 2.
2. L’élément temporel tV est démarré lorsque la pression d’arrêt
(pmax) est atteinte.
55
Régulation des compresseurs
4.3.4
Le volume débité par le compresseur est adapté au volume
d’air comprimé nécessaire.
Charge partielle
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 partielle
employée.
La régulation de charge partielle est utilisée sur les systèmes
disposant d’un volume de stockage limité et/ou lorsque les
variations des consommateurs sont trop importantes. Le nombre
de cycles diminue.
Variation de la pression
Variation du rendement électrique
Figure 4.4
Schéma fonctionnel du réglage de charge partielle
4.3.4.1
Régulation progressive
Indépendamment de la commande ARS, BOGE propose en
option une régulation progressive pour les compresseurs à
vis refroidis par injection d’huile. Ce réglage intervient dans les
processus du régulateur d’aspiration et fonctionne selon le
principe de la modulation.
Courbe caractéristique de
la régulation progressive
100%
Puissance absorbée [%]
90%
80%
Zone
économique
70%
Courbe
idéale
60%
Zone non économique
50%
La régulation progressive de BOGE est définie en usine sur
un refoulement compris entre 50 et 100% du débit. Si le débit
chute en dessous de 50%, le compresseur ne fonctionne pas
économiquement. Selon le cycle de démarrages, le compresseur
est arrêté ou continu de fonctionner à vide.
40%
Puissance
absorbée au
ralenti
30%
20%
10%
0%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90% 100%
Débit [ % ]
Figure 4.5 :
Corrélation entre le débit et la puissance nécessitée
dans le cas de la régulation progressive.
4.3.4.2
Réglage de la fréquence
Le réglage de la fréquence permet de régler le débit entre 0%
(marche à vide) et la plage comprise entre 40 à 100 %, pour
une puissance absorbée de 35 et 110 %. Le réglage de charge
partielle est réalisé en modifiant la vitesse de rotation du moteur
d’entraînement, commandé par un variateur de fréquence.
Le compresseur ne fonctionne pas économiquement si le débit
chute en dessous de 40 %. Le compresseur est désactivé ou
fonctionne à vide selon le cycle de démarrages. Le réglage de
la fréquence fonctionne le plus économiquement sur les
compresseurs à vis fonctionnant sans huile.
56
Régulation des compresseurs
4.4.
La commande ARS
Les compresseurs à vis BOGE et les compresseurs à pistons
super insonorisés sont équipés de la commande moderne ARS
(Autotronic, Ratiotronic, Supertronic).
La commande ARS propose divers équipements et différentes
fonctions.
ARS est un concept de commande et de contrôle intégré poursuivant deux objectifs :
– économies d’énergie et par conséquent réduction des coûts
de fonctionnement
– prolongation de la durée de vie du compresseur en limitant
l’usure à un minimum
Sur les compresseurs à vis, la commande ARS est équipée
d’un microcontrôleur autorisant le mode intermittent,
économique, en tenant compte des cycles moteur maxima
admissibles. Les compresseurs à pistons fonctionnent
uniquement en mode intermittent, plus économique.
Toutes les données programmées sont mémorisées dans un
module de mémoire ( EEPROM ) qui peut être écrit et effacé
de manière électronique. Les informations mémorisées sont
ainsi toujours disponibles, même à la suite d’une coupure de
courant.
Conception modulaire
La commande ARS se compose d’éléments standard qu’il est
possible d’acquérir séparément. Les différents modules peuvent
être installés sans difficulté à posteriori. Les commandes sont
ainsi adaptées de manière optimale aux souhaits et aux besoins
des clients. Les commandes sont remplacées rapidement en
cas de panne pour accroître la disponibilité du compresseur.
Les recherches de pannes longues et onéreuses réalisées par
des spécialistes font désormais partie du passé.
57
Régulation des compresseurs
4.4.1
Automatic
La commande Automatic est destinée aux compresseurs à
pistons super insonorisés. Elle offre les options suivantes :
– régulation intermittente économique via un pressostat
manométrique
– affichage du mode de fonctionnement pleine charge
– affichage des heures de fonctionnement
Figure 4.6 :
La commande Automatic de BOGE pour
compresseurs à pistons
– affichage de la pression réseau
– redémarrage automatique sans charge automatique à la
suite d’une coupure de courant
– possibilité de raccorder plusieurs compresseurs via MCS
4.4.2
Autotronic
Autotronic est une unité de commande et de contrôle intelligente destinée aux compresseurs à vis et à pistons. Pour les
compresseurs à pistons, elle offre les possibilités suivantes
en plus de celles offertes par l’Automatic :
– panneau de commande clair doté d’un afficheur à 7
segments, diodes électroluminescentes et schéma
fonctionnel
– affichage des modes de fonctionnement
– commande programmable
– protection des paramètres de programme importants par
code
Figure 4.7 :
La commande Autotronic de BOGE pour
compresseurs à pistons
– mode Test intégré pour toutes les entrées et sorties
– affichage de tous les messages de dérangements et
d’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 propose
les fonctions supplémentaires suivantes :
– réglage dynamique Pleine charge-Marche à vide (cycle
intermittent retardé)
– sélection automatique du meilleur mode de
fonctionnement
Figure 4.8 :
La commande Autotronic de BOGE pour
compresseurs à vis
– optimisation automatique des démarrages moteur
– affichage automatique en série des messages de
dérangements et d’alerte importants
– affichage et contrôle de la température de compression
finale
58
Régulation des compresseurs
4.4.3
Ratiotronic
La commande Ratiotronic est une extension de la commande
Autotronic pour compresseurs à vis et à pistons. Elle offre les
possibilités supplémentaires suivantes :
– affichage des messages de dérangements et d’alerte
importants (en option)
– commande sur site et télécommandée
Figure 4.9 :
La commande Ratiotronic de BOGE pour
compresseurs à pistons
– affichage externe des données d’exploitation et des
messages
Figure 4.10 :
La commande Ratiotronic de BOGE pour
compresseurs à vis
4.4.4
Supertronic
La commande Supertronic est une unité de commande et de
contrôle complexe pour les compresseurs à vis. Elle dispose
de fonctions plus complètes que celles offertes par les autres
commandes :
– écran à cristaux liquides affichant 4 x 20 caractères et
affichage de texte en clair
– réglage de la pression réseau au clavier
– affichage détaillé et surveillance des données
d’exploitation importantes
Figure 4.11 :
La commande Supertronic de BOGE pour
compresseurs à vis
– surveillance détaillée du compresseur
affichage des messages de dérangements et d’alerte sur
l’écran à cristaux liquides.
– horloge en temps réel électronique intégrée, pour arrêter
et déclencher le compresseur, commandée depuis le
clavier.
– possibilité de régler tous les paramètres d’exploitation au
clavier
– possibilité d’accéder à toutes les fonctions au moyen de
quelques touches supplémentaires
59
Régulation des compresseurs
1.1
4.5
Régulation de plusieurs
compresseurs
Un seul gros compresseur n’est pas idéal lorsque l’on est en
présence d’une consommation très élevée et très fluctuante.
Un système combiné composé de plusieurs compresseurs
représente une alternative. Une grande sécurité de
fonctionnement et un rendement plus élevé sont des arguments
qui parlent en faveur de cette solution.
Les entreprises très dépendantes de l’air comprimé peuvent
assurer leur alimentation continue grâce à un système de
compresseurs combiné. Si un compresseur tombe en panne,
ou s’il faut effectuer des travaux de maintenance, les autres
compresseurs assurent l’alimentation en air comprimé.
Il est plus facile d’adapter la consommation d’air comprimé en
utilisant plusieurs petits compresseurs à la place d’un seul,
plus puissant. Les frais de marche à vide d’un gros compresseur
sont en outre plus élevés que ceux d’un groupe de petits
compresseurs dont certains peuvent s’arrêter. On obtient de
cette manière un rendement plus élevé.
Un groupe de compresseurs est supervisé grâce à une
commande qui permet d’assurer un fonctionnement économique
et de limiter l’usure au maximum.
4.5.1
MCS 1 et MCS 2
La commande MCS 1 permet de piloter 2 compresseurs de
puissances identiques en charge de base et en charge de
pointe. Les compresseurs sont utilisés alternativement, déclenchés et arrêtés par leur propre pressostat. La commande offre
les fonctions suivantes :
– fonctionnement alternatif commandé par programmateur
– déclenchement et arrêt du compresseur décalé dans le
temps 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
Figure 4.12 :
La commande Master Control System 2 de BOGE
La commande MCS 2 est en mesure de piloter 3 compresseurs
de puissances identiques en charge de base, en charge
moyenne et en charge de pointe. Les compresseurs sont utilisés
alternativement, déclenchés et arrêtés par leur propre
pressostat. Outre la différence de pression plus importante,
l’extension à 3 compresseurs représente la seule différence
par rapport à la commande MCS 1. Elle offre sinon le même
équipement.
– Différence de démarrages minimale Dp = 1,1 bar
Figure 4.13 :
Schéma de connexion de la MCS 2 de BOGE
60
Régulation des compresseurs
4.5.2
MCS 3
Figure 4.14 :
La commande Master Control System 3 de BOGE
La commande MCS 3 permet de piloter 4, 8, ou 12
compresseurs de puissances identiques ou différentes au sein
d’un système. Tous les compresseurs sont commandés par
un capteur de pression commun situé sur le réservoir d’air
comprimé.
La commande MCS 3 avec 0,5 bar offre un faible Dp. Une
pression de déclenchement ou d’arrêt précise n’est pas assignée
aux différents compresseurs. Tous les compresseurs
fonctionnent dans la même plage de pression ( Dp = 0,5 bar ).
Les compresseurs commutent de manière dynamique en
fonction des besoins et selon des valeurs de pression
intermédiaires définies. La vitesse de chute ou de montée de
pression est mesurée. Les compresseurs sont déclenchés et
arrêtés en conséquence de manière dynamique.
La commande propose les fonctions suivantes :
Pression
d’activation
Compresseurs 1 à 12
Différence
de pression
– réglage dynamique de la pression grâce à un microcontrôleur
couplé à un régulateur de pression pour garantir une
différence de pression minimale de 0,5 bar (pas de
surpression ® économie d’énergie).
– calage des compresseurs par priorité sur une échelle pour
assurer les différents besoins en air comprimé
– calage individuel de chaque compresseur à l’intérieur de
groupes avec répartition de charge identique
– cycle alternatif de charge de base réglable
Figure 4.15 :
Schéma de connexion de la MCS 3 de BOGE
– rotation indépendante des compresseurs dans les groupes
– déclenchement et arrêt des compresseurs alterné sur ordre
de la commande
– écran à cristaux liquides affichant 4 x 20 caractères et
affichage de texte en clair
– possibilité de vérifier toutes les entrées et sorties via un
menu test
– passage automatique sur pressostat des différents
compresseurs en cas de coupure de courant
– sans la MCS 3, les différents compresseurs fonctionnent
de manière autonome. Ils sont alors commandés par leur
propre pressostat
61
Régulation des compresseurs
4.5.3
La commande MCS 4 permet de piloter au maximum 8
compresseurs de puissances identiques ou différentes. Tous
les compresseurs sont commandés par un capteur de pression
commun situé sur le réservoir d’air comprimé.
MCS 4
Le compresseur le plus puissant, ou la combinaison de
compresseurs la plus puissante, assure la charge de base. Le
plus petit compresseur délivre les charges de pointe. Les
compresseurs de taille identique fonctionnent alternativement
en charge de base.
Figure 4.16 :
La commande Master Control System 4 de BOGE
La commande MCS 4 analyse la consommation d’air comprimé
en continu à partir des puissances des compresseurs préprogrammées. Elle choisit le compresseur le mieux adapté aux
besoins.
La commande dispose des fonctions suivantes :
Pression
d’activation
Compresseurs 1 à 8
Différence
de pression
– utilisation des différents compresseurs et des combinaisons
de 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 au
programme à minuterie permettant d’adapter la commande
aux différents besoins en air comprimé
Figure 4.17 :
Schéma de connexion de la MCS 4 de BOGE
– déclenchement et arrêt alterné des compresseurs sur ordre
de la commande
– écran à cristaux liquides affichant 2 x 20 caractères et
affichage de texte en clair
– possibilité de vérifier toutes les entrées et sorties via un
menu test
– passage automatique sur pressostat des différents
compresseurs en cas de panne de courant
– sans la MCS 4, les différents compresseurs fonctionnent
de manière autonome. Ils sont alors commandés par leur
propre pressostat
– deux contacts secs à minuterie sont prévus pour des
composants additionnels
62
Régulation des compresseurs
4.5.4
La commande MCS 5 permet de piloter de 2 à 4, 8 ou 12
compresseurs de puissances identiques ou différentes équipés
de régulation progressive. Tous les compresseurs sont
commandés par un capteur de pression commun situé sur le
réservoir d’air comprimé. Le compresseur de charge de pointe
assure le débit en air comprimé par sa régulation progressive.
MCS 5
Lorsque les besoins en air comprimé diminuent, ce
compresseur est arrêté et c’est au tour du compresseur le mieux
adapté d’assurer le débit.
Figure 4.18 :
La commande Master Control System 5 de BOGE
Les systèmes MCS 3 et MCS 5 se ressemblent, excepté le
réglage de la régulation progressive.
La commande propose les fonctions suivantes :
– adaptation du débit en fonction des besoins en air
comprimé grâce à un système de réglage de la puissance
en continu du compresseur de charge de pointe
Pression
d’activation
Compresseurs 1 à 12
Différence
de pression
– fluctuations de pression minimales dans le réseau d’air
comprimé
– réglage dynamique de la pression grâce à un
microcontrôleur conjugué à un régulateur de pression pour
garantir une différence de démarrages minimale de 0,5
bar (pas de surpression ® économie d’énergie).
Figure 4.19 :
Schéma de connexion de la MCS 5 de BOGE
– répartition variable des compresseurs en plusieurs
niveaux pour assurer les différents besoins en air
comprimé lors des quarts
– assignation individuelle des différents compresseurs dans
les diverses plages de charge et utilisation uniforme des
compresseurs
– cycle alternatif de charge de base réglable
– rotation indépendante des compresseurs dans les
groupes de plages de charges
– déclenchement et arrêt des compresseurs décalé dans le
temps sur l’ordre de la commande
– écran à cristaux liquides affichant de 4 x 20 caractères et
affichage de texte en clair.
– possibilité de vérifier toutes les entrées et sorties via un
menu test.
– commutation automatique sur le pressostat des différents
compresseurs en cas de coupure de courant.
– sans la MCS 5, les différents compresseurs fonctionnent
de manière autonome. Ils sont alors commandés par leur
propre pressostat.
63
Régulation des compresseurs
4.5.5
La commande MCS 6 permet de piloter de 2 à 4, 8 ou 12
compresseurs maximum de puissances identiques ou
différentes au sein d’un système de compresseurs, en réglant
la vitesse de rotation. Tous les compresseurs sont commandés
par un capteur de pression commun situé sur le réservoir d’air
comprimé. Le compresseur de charge de pointe commande la
demande en air comprimé grâce à son système de régulation
de fréquence de la vitesse de rotation.
MCS 6
Figure 4.20 :
La commande Master Control System 6 de BOGE
Lorsque la demande en air comprimé baisse, ce compresseur
est arrêté et le compresseur de charge moyenne assure la
régulation grâce à son système de réglage de fréquence de la
vitesse de rotation.
Les commandes MCS 3 et MCS 6 se ressemblent, à l’exception
du système de réglage de fréquence de la vitesse de rotation.
La commande propose les fonctions suivantes :
Pression
d’activation
Compresseurs 1 à 12
Différence
de pression
– adaptation du débit aux besoins en air comprimé grâce au
système de réglage de fréquence de la vitesse de
rotation du compresseur de charge de pointe
– fluctuations de pression minimales dans le réseau d’air
comprimé
Figure 4.21 :
Schéma de connexion de la MCS 6 de BOGE
– réglage dynamique de la pression grâce à un
microcontrôleur conjugué à un régulateur de pression pour
garantir une différence de démarrages minimale de 0,5
bar (pas de surpression ® économie d’énergie).
– répartition variable des compresseurs en plusieurs
niveaux pour assurer les différents besoins en air
comprimé lors des quarts
– assignation individuelle des différents compresseurs dans
les différentes plages de charge et utilisation uniforme
des compresseurs
– cycle alternatif de charge de base réglable
– rotation indépendante des compresseurs dans les
groupes de plages de charges
– déclenchement et arrêt des compresseurs décalé dans le
temps sur l’ordre de la commande
– écran à cristaux liquides affichant 4 x 20 caractères et
affichage de texte en clair
– possibilité de vérifier toutes les entrées et sorties via un
menu test
– passage automatique sur le pressostat des différents
compresseurs en cas de coupure de courant
– sans la MCS 6, les différents compresseurs fonctionnent
de manière autonome Ils sont alors commandés par leur
propre pressostat
64
Régulation des compresseurs
4.5.6
La commande MCS 7 permet de piloter, de régler et de surveiller
une station d’air comprimé complète en association avec la
commande Siemens S 5 ( S7 ) et le terminal d’opérateur OP 15.
MCS 7
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 commander
les appareils additionnels
La MCS 7 est disponible en trois versions :
Figure 4.22 :
La commande Master Control System 7 de BOGE
Pression
d’activation
Compresseurs 1 à 12
Différence
de pression
Version 1
La version 1 propose un programme logiciel étendu de la
commande MCS 3. Elle permet de réaliser une régulation
indépendante de la pression sur 8 à 12 compresseurs de tailles
et de types identiques ou différents, selon des niveaux de priorité
et des programmes à minuterie.
Version 2
Figure 4.23 :
Schéma de connexion de la MCS 7 de BOGE
La version 2 propose un programme logiciel étendu de la
commande MCS 5. Elle permet de réaliser une régulation
indépendante de la pression sur 8 à 12 compresseurs de tailles
et de types identiques ou différents, avec un système de réglage
de la puissance en continu.
Version 3
La version 3 propose un programme logiciel étendu de la
commande MCS 6. Elle permet de réaliser une régulation
indépendante de la pression sur 8 à 12 compresseurs de tailles
et de types identiques ou différents, avec un système de réglage
de la fréquence de vitesse de rotation.
La commande propose également les fonctions suivantes, en
plus de celles offertes par la version de base :
– saisie de l’état de fonctionnement des compresseurs et
des autres composants de la station de compresseurs
– stockage des messages de fonctionnement, de maintenance et de dérangements. La maintenance et la réparation des stations de compresseurs sont très simplifiées
– commande et surveillance des composants de retraitement de l’air comprimé et du réseau d’air comprimé
– accouplement BUS via Profibus (en option), et possibilité
de raccordement à un système de commande centralisé
– visualisation de l’installation sur l’équipement de contrôle
supérieur (en option). Il est ainsi possible d’appeler des
informations détaillées sur l’ensemble de l’alimentation en
air comprimé.
65
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’air
comprimé. La multitude des applications s’étend de l’air de
soufflage non traité à l’air comprimé absolument sec, sans huile
et stérile.
Les impuretés présentes dans l’atmosphère sont généralement
invisibles à l’oeil nu. Elles peuvent cependant avoir une
influence néfaste sur le fonctionnement du réseau d’air
comprimé 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 la
taille 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 minéraux
et d’huile sous forme d’hydrocarbures imbrûlés
– traces de métaux lourds tels que le plomb, le cadmium, le
mercure, le fer
Les compresseurs aspirent l’air atmosphérique et le concentrent
un grand nombre de fois. Lorsque la compression atteint 10 bar
(une surpression de 10 bar = 11 bar de pression absolue) la
concentration des particules d’impuretés est multipliée par 11.
1 m3 d’air comprimé peut contenir 2 milliards de particules
d’impuretés. De l’huile de lubrification et des particules d’usure
provenant du compresseur pénètrent en outre dans l’air
comprimé.
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
Figure 5.1 :
Concentration des impuretés contenues dans
l’air lors de la compression
– conduites d’air comprimé exemptes de condensat et de
rouille
– dérangements moins fréquents
– conduites exemptes de collecteurs de condensat
– frais de maintenance moindres
– baisse des pertes de pression dues aux fuites et aux
pertes de charge
– baisse de la consommation d’énergie grâce aux pertes de
pression moins importantes
66
Traitement de l’air comprimé
—
Travaux de peinture
—
3
—
Air primaire
5
3
4
Air de convoyage
5
3
4
Pulvérisation de peinture
simple
5
3
4
5
3
4
Sablage avec exigences
élevées
Outils à air comprimé
1
1
4
Air de réglage
1
1
4
Technique de mesure et
de réglage
1
1
4
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 peinture
avec hautes exigences de
qualité
1
1
1-3
Technique des surfaces
1
1
1-3
Techniques médicales
1
1
3-4
Air primaire, exigences
de qualité élevées
1
1
3-4
Industrie des produits
alimentaires et denrées de
luxe
1
1
3-4
Brasseries
1
1
1-3
Laiteries
1
1
1-3
Industrie pharmaceutique
1
1
1-3
Filtre stérile
3
Absorbant à
charbon actif
—
Filtre à charbon
actif
Sablage
Préfiltre
—
Sécheur à
diaphragme
—
—
Filtre micropor.
—
—
Séch. par réfrigér.
—
Air de soufflage
Préfiltre
Eau
Air industriel en général
Compresseur
Particules
Cl. de qualité
DIN ISO 8573-1
Huile
Domaine d’application
de l’air comprimé
Séparateur
centrifuge*)
BOGE conseille d’effectuer le traitement en fonction de la liste
suivante pour les différentes applications de l’air comprimé.
Planification
Compresseurs à vis et à pistons BOGE
5.1.2
*) Il est possible de se passer du séparateur centrifuge sous certaines conditions.
Les classes de qualité sont expliquées à la page 77
67
Traitement de l’air comprimé
5.1.3
Conséquences d’un mauvais
traitement de l’air comprimé
Les impuretés et l’eau contenues dans l’air atmosphérique qui
restent dans l’air comprimé peuvent avoir des conséquences
néfastes. Ceci concerne aussi bien le réseau de conduites que
les outillages. Les produits peuvent également souffrir de la
mauvaise qualité de l’air. Dans de nombreux domaines
d’applications, l’emploi d’air comprimé mal traité peut s’avérer
dangereux, voire nocif pour l’organisme.
Particules solides contenues dans l’air comprimé
– Usure des systèmes pneumatiques
La poussière et autres particules provoquent de l’usure.
Cette action est renforcée lorsque les particules forment
une 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 pneumatiques
Les huiles goudronneuses peuvent provoquer une réduction
des diamètres et obstruer les conduites. Il en résulte une
perte de charge plus élevée.
– Air comprimé sans huile
Dans les systèmes de convoyage pneumatiques, l’huile peut
coller au produit à convoyer et provoquer des bouchons.
Dans l’industrie des produits alimentaires et des denrées
de luxe, ainsi que dans l’industrie pharmaceutique, l’air
comprimé doit rester sec pour des raisons hygiéniques.
Eau contenue dans l’air comprimé
– Corrosion dans les systèmes pneumatiques
De la rouille se forme dans les conduites et les éléments
fonctionnels et provoque des fuites.
– Interruption du film de lubrifiant
Une interruption du film lubrifiant provoque des dommages
sur le plan mécanique.
– Formation de réactions électriques
Des réactions électriques peuvent se produire lorsque
différents métaux entrent en contact avec l’eau.
– Formation de glace dans le réseau d’air comprimé
A basse température, il peut arriver que l’eau gèle dans le
réseau d’air comprimé, provoquant des dégâts, des
réductions de diamètres et des blocages.
68
Traitement de l’air comprimé
5.1.3
Impuretés contenues dans l’air
Concentration des particules
dans l’air atmosphérique
L’air atmosphérique qui nous entoure contient des particules
d’impureté invisibles à l’oeil nu. Ce chapitre fournit un aperçu
général sur leur type, leur taille et leur concentration.
Valeur limite
[mg/m³]
A la campagne
Valeur
moyenne
[mg/m³]
5 - 50
15
En ville
10 - 100
30
Zone industrielle
20 - 500
100
Grands sites industriels
50 - 900
200
Diamètre des particules [µm]
69
Traitement de l’air comprimé
5.2
Eau contenue dans l’air
comprimé
5.2.1
Humidité de l’air
L’air atmosphérique renferme une certaine quantité de vapeur.
Sa teneur, c’est-à-dire l’humidité de l’air, varie en fonction du
temps et du site. A une certaine température, un certain volume
d’air ne peut contenir qu’une quantité maximale de vapeur d’eau.
Toutefois, l’air atmosphérique ne renferme généralement pas la
quantité maximale de vapeur d’eau.
Humidité maximale hmax [g/m³]
Humidité max. hmax [g /m³]
L’humidité maximale hmax (volume de saturation) représente la
quantité maximale de vapeur d’eau contenue dans 1 m³ d’air à
une certaine température. L’humidité maximale dépend de la
température.
Humidité absolue h [g/m³]
L’humidité absolue h représente la quantité de vapeur d’eau
réellement contenue dans 1m³ d’air.
Humidité relative ϕ [%]
L’humidité relative de l’air ϕ représente le rapport entre l’humidité
absolue et l’humidité maximale.
ϕ
Point de rosée [° C]
Figure 5.2 :
Humidité maximale en fonction
du point de rosée
=
h
———
hmax
x
100 %
ϕ = humidité relative
h = humidité absolue
hmax = humidité maximale
[%]
[g / m³]
[g / m³]
Du fait que l’humidité maximale hmax dépend de la température,
l’humidité change en fonction de la température, même lorsque
l’humidité absolue reste constante. L’humidité relative passe à
100% dans le cas d’un refroidissement jusqu’au point de rosée.
70
Traitement de l’air comprimé
5.2.2
Point de rosée atmosphérique [°C]
Points de rosée
Le point de rosée atmosphérique est la température à laquelle
l’air atmosphérique (1 barabs) peut être refroidi sans qu’il y ait
formation d’eau.
Le point de rosée atmosphérique représente une importance
mineure dans le système d’air comprimé.
Point de rosée sous pression [°C]
Le point de rosée sous pression est la température à laquelle
l’air comprimé peut être refroidi sans qu’il y ait formation de
condensat. Le point de rosée sous pression dépend de la
pression de compression finale et baisse quand la pression
diminue.
5.2.3
Le tableau suivant indique l’humidité maximale de l’air pour un
point de rosée déterminé :
Teneur en eau de l’air
Pt. de Humid. Pt. de Humid. Pt. de Humid. Pt. de Humid. Pt. de Humid. Pt. de Humid. Pt. de Humid.
rosée maxima rosée maxima rosée maxima rosée maxima rosée maxima rosée maxima rosée maxima
[°C]
[g/m³] [°C]
[g/m³] [°C]
[g/m³] [°C]
[g/m³] [°C]
[g/m³] [°C]
[g/m³] [°C]
[g/m³]
+100° 588,208
+76° 248,840
+52°
90,247
+28°
26,970
+4°
6,359
-19°
0,960
-43°
0,083
+99° 569,071
+75° 239,351
+51°
86,173
+27°
25,524
+3°
5,953
-20°
0,880
-44°
0,075
+98° 550,375
+74° 230,142
+50°
82,257
+26°
24,143
+2°
5,570
-21°
0,800
-45°
0,067
+97° 532,125
+73° 221,212
+49°
78,491
+25°
22,830
+1°
5,209
-22°
0,730
-46°
0,060
+96° 514,401
+72° 212,648
+48°
74,871
+24°
21,578
0,660
-47°
0,054
+71° 204,286
+47°
71,395
+23°
20,386
4,868
-23°
+95° 497,209
0°
-24°
0,600
-48°
0,048
+94° 480,394
+70° 196,213
+46°
68,056
+22°
19,252
-1°
4,487
-25°
0,550
-49°
0,043
+93° 464,119
+69° 188,429
+45°
64,848
+21°
18,191
-2°
4,135
-26°
0,510
-50°
0,038
+92° 448,308
+68° 180,855
+44°
61,772
+20°
17,148
-3°
3,889
-27°
0,460
-51°
0,034
+91° 432,885
+67° 173,575
+43°
58,820
+19°
16,172
-4°
3,513
-28°
0,410
-52°
0,030
+90° 417,935
+66° 166,507
+42°
55,989
+18°
15,246
-5°
3,238
-29°
0,370
-53°
0,027
+89° 403,380
+65° 159,654
+41°
53,274
+17°
14,367
-6°
2,984
-30°
0,330
-54°
0,024
+88° 389,225
+64° 153,103
+40°
50,672
+16°
13,531
-7°
2,751
-31°
0,301
-55°
0,021
+87° 375,471
+63° 146,771
+39°
48,181
+15°
12,739
-8°
2,537
-32°
0,271
-56°
0,019
+86° 362,124
+62° 140,659
+38°
45,593
+14°
11,987
-9°
2,339
-33°
0,244
-57°
0,017
+85° 340,186
+61° 134,684
+37°
43,508
+13°
11,276
-10°
2,156
-34°
0,220
-58°
0,015
+84° 336,660
+60° 129,020
+36°
41,322
+12°
10,600
-11°
1,960
-35°
0,198
-59°
0,013
+83° 324,469
+59° 123,495
+35°
39,286
+11°
9,961
-12°
1,800
-36°
0,178
-60°
0,110
+82° 311,616
+58° 118,199
+34°
37,229
+10°
9,356
-13°
1,650
-37°
0,160
-65°
0,00640
+81° 301,186
+57° 113,130
+33°
35,317
+9°
8,784
-14°
1,510
-38°
0,144
-70°
0,00330
+80° 290,017
+56° 108,200
+32°
33,490
+8°
8,234
-15°
1,380
-39°
0,130
-75°
0,00130
+79° 279,278
+55° 103,453
+31°
31,744
+7°
7,732
-16°
1,270
-40°
0,117
-80°
0,00060
+78° 268,806
+54°
98,883
+30°
30,078
+6°
7,246
-17°
1,150
-41°
0,104
-85°
0,00025
+77° 258,827
+53°
94,483
+29°
28,488
+5°
6,790
-18°
1,050
-42°
0,093
-90°
0,00010
71
Traitement de l’air comprimé
5.2.4
Quantité de condensat
lors de la compression
L’air contient toujours de l’eau sous forme de vapeur. L’air pouvant
être comprimé, contrairement à l’eau, le liquide qui se forme
lors de la compression est le condensat. L’humidité maximale
de l’air dépend de la température et du volume et non pas de la
quantité.
On peut se représenter l’air atmosphérique sous la forme d’une
éponge. Elle peut absorber une certaine quantité d’eau au repos.
Si on la presse, une partie de l’eau s’écoule, mais ll reste de
l’eau dans l’éponge, même si l’on exerce une pression très
forte. L’air comprimé se comporte de manière analogue.
Figure 5.3 :
Une éponge humide est pressée
L’exemple suivant illustre la quantité de condensat mc attendue
lorsque l’air est comprimé. L’exemple considère une lourde
journée d’été, pour une température de 35°C et une humidité
de l’air de 80 % .
mc =
mc
V1 = 6,5 m³
V2 = 0 , 5 9 m ³
p1 = 0 bars = 1 barabs
p2 = 10 bars = 11 barabs
T = 35° C
T = 35° C
ϕ1 = 80 %
ϕ2 = 100 %
hmax
39,286 g/ m³
=
Figure 5.4 :
Formation de condensat lors de la compression
V1 x hmax 1 x j1
——————
100
V2 x hmax 1 x j2
————————
100
-
6,5 x 39,286 x 80
mc = ————–———– 100
0,59 x 39,286 x 100
————–————–
100
m³ x g / m³ x %
mc = ———————–
%
m³ x g / m³ x %
————————–
%
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’air
comprimé, et que cette eau ne peut pas être stockée, l’humidité
relative 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.
72
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 apparaît
à des moments différents et à plusieurs endroits de la station
de compresseurs.
Nous allons calculer la quantité de condensat qui se forme
dans un compresseur à vis délivrant un débit D = 2 720 m³/h à
une pression de compression finale de ps= 10,5 bar. Un réservoir
d’air comprimé et un sécheur d’air comprimé par réfrigération
équipent le compresseur.
Air atmosphérique
p1
T1
ϕ1
hmax1
=
=
=
=
1
33°
80
35,317
barabs
C
%
g/m³
D1 = 2 720 m³/h
Dans ces conditions, l’air atmosphérique renferme une certaine
quantité d’eau :
me = D1 x hmax 1 x ϕ 1 /100
g/h = m³/h x g/m³ x %/%
me = 2 720 x 35,317 x 80/100
me = 76 849,79 g/h ^
= 76,85 l/h
Lors de la compression elle-même, la température excède
celle du point de rosée sous pression de l’air comprimé. Il n’y a
donc pas formation d’humidité. Dans le radiateur auxiliaire du
compresseur, l’air comprimé est refroidi à T2 = 40°C. On assiste
à la formation de condensat, qui est entraîné dans le réservoir
d’air comprimé. Le débit s’y calme et les gouttelettes d’eau se
déposent. Un grand volume de condensat s’y amasse :
Compresseur
p2 =
T2 =
ϕ2 =
hmax 2 =
11,5
40°
100
50,672
barabs
C
%
g/m³
D1
D2 = ––––––
= 236,5 Bm³/h
P2
mc1 = me – ( D2 x hmax 2 x ϕ 2 /100 )
mc1 = 76 849,79 – ( 236,5 x 50,672 x 100/100 )
mc1 = 64 865,86 g/h ^
= 64,87 l/h
D = 236,5 m³/h
mc1
Finalement, l’air comprimé contenu dans le sécheur d’air
comprimé par réfrigération est refroidi à une température
correspondant à un point de rosée sous pression de 3°C. Le
condensat se forme dans le sécheur et est évacué.
Sécheur d’air comprimé
réfrigération
p3 =
T3 =
ϕ3 =
hmax 3 =
11,5
3°
100
5,953
barabs
C
%
g/m³
mc2
D2 = 236,5 Bm³/h
mc2 = ( D2 x hmax 2 ) – ( D2 x hmax 3 )
mc2 = ( 236,5 x 50,672 ) – ( 236,5 x 5,953 )
mc2 = 10 576,04 g/h ^
= 10,58 l/h
Figure 5.5 :
Formation de condensat lors de la compression
avec sécheur
73
Traitement de l’air comprimé
L’addition des différents courants de condensat nous donne la
quantité de condensat dont le dispositif de traitement devra
venir à bout.
Quantité de condensat mc = mc1 + mc2
Quantité de condensat mc = 75441,9
=
75,4
Figure 5.6 :
Une quantité de condensat égale à 8 seaux
de 10 l se forme en une heure.
g/h
l/h
Dans le cas d’un travail en 3 x 8 et d’une utilisation à 100 %, le
compresseur fonctionne 24 heures par jour. Si les conditions
de 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= 659 060 438 g/A
= 659 060
l/A
5.2.6
Quantité de condensat qui se forme lors d’une lourde journée d’été
La qualité de l’air comprimé doit rester identique, même si les
conditions de l’environnement changent. C’est-à-dire que
le point de rosée sous pression de l’air comprimé lors d’une
lourde journée d’été à une température de 40°C et une humidité
de l’air de 90 % doit être de 3°C.
Débit D1
=
2 720 m³/h
Pression d’aspiration p1
=
1 barabs
Temp. d’aspiration T1
=
40°C
Humidité relative ϕ1
=
90 %
Point de rosée sous
pression T3
=
2°C
Dans ces conditions, on obtient une quantité de condensat
beaucoup 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 %, le
compresseur fonctionne 24 heures par jour. Si les conditions
de base restent inchangées, on obtient le résultat suivant :
Quantité de condensat mcJ = 2 943,3
l/J
D’où la quantité de condensat suivante par an :
Quantité de condensat mcA = 1 071 358 l/A
74
Traitement de l’air comprimé
5.2.7
Définition du point de rosée sous
pression
Le point de rosée sous pression est la température à laquelle
l’air comprimé peut être refroidi sans qu’il y ait formation de
condensat. Le point de rosée sous pression dépend de la
pression de compression finale. Il baisse en même temps que
la pression.
Exemple 2
Pre
com ssion
pre fina
ssio le d
e
n
Te
d’a m
sp p é
ira r
tio a t
n
u
re
Le diagramme suivant est utilisé pour définir le point de rosée
sous pression de l’air comprimé à l’issue de la compression :
Exemple1
Point de rosée sous
pression [° C]
Humidité relative ϕ [%]
Exemple 1
Exemple 2
Air aspiré
Air aspiré
– humidité relative ϕ = 70 %
– humidité relative ϕ = 80 %
– température d’aspiration T = 35°C
– température d’aspiration T = 35°C
Air comprimé
Air comprimé
– pression finale de compression ps = 8 bar
– pression finale de compression ps = 10 bar
⇒ Le point de rosée sous pression s’élève à
73°C environ
⇒ Le point de rosée sous pression s’élève à
82°C environ
75
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 comprimé
est détendu. Le diagramme suivant est utilisé pour définir le
nouveau point de rosée sous pression et le point de rosée
atmosphérique après la détente :
[ba
r]
humidité max. [g/m³]
su
rp
res
sio
np
Point de rosée sous pression [°C]
s
Exemple1
Exemple 2
Point de rosée atmosphérique [°C]
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
76
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
Traitement de l’air comprimé
5.3
Qualité de l’air comprimé
5.3.1
Classes de qualité selon la
norme DIN ISO 8573-1
Les classes de qualité de l’air comprimé selon DIN ISO 8573-1
aident l’utilisateur à définir ses exigences et à choisir les
composants nécessaires au traitement de l’air. La norme se
base sur les spécifications des constructeurs fournissant des
valeurs définies relatives à la pureté de l’air pour leurs dispositifs
et machines.
La norme DIN ISO 8573-1 définit les classes de qualité de l’air
comprimé quant à :
la teneur en huile
Définition de la quantité résiduelle en aérosols et hydrocarbures
contenus dans l’air comprimé.
la taille et la densité des particules
Définition de la taille et de la concentration des particules solides qui restent dans l’air comprimé.
le point de rosée sous pression
Définition de la température à laquelle l’air comprimé est refroidi
sans que la vapeur d’eau qu’il contient ne condense. Le point
de rosée sous pression change en fonction de la pression d’air.
Classe
1
2
3
4
5
6
Teneur en huile
max.
Poussière résiduelle max.
Taille particules Densité particules
Eau résiduelle max
Eau résiduelle
Pt. rosée s. pr.
[mg/ m³]
[µm]
[mg/ m³]
[g/ m³]
[°C]
0,01
0,1
1
5
25
—
0,1
1
5
15
40
—
0,1
1
5
8
10
—
0,003
0,117
0,88
5,953
7,732
9,356
-70
-40
-20
+3
+7
+10
77
Traitement de l’air comprimé
5.4
Méthodes de séchage
Le tableau ci-dessous présente les méthodes de séchage de
l’air comprimé en fonction de leur principe de fonctionnement.
Une différence est toujours faite entre la condensation, la sorption
et la diffusion.
La condensation est la séparation de l’eau lors du passage
en 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
Surcompression
Condensation
Séchage par réfrigération
Diffusion
Séchage à diaphragme
Déshydratants solides
Absorption
Déshydratants solubles
Déshydratants liquides
Sorption
Régénération sans chaleur
Régénération à chaud int.
Adsorption
Régénération à chaud ext
Régénération par le vide
78
Traitement de l’air comprimé
5.4.1
Le débit d’un sécheur se rapporte au taux d’aspiration de l’air
durant la compression, réalisée par un compresseur, conforme
aux spécifications PN2 CPTC2, ISO 1217 (DIN 1945, partie 1).
Conditions d’exploitation
– Pression d’aspiration
p
^ 1 barabs
=
^ 20° C
=
= 0 bars
– Température d’aspiration T0 = 293 K
Les sécheurs sont conçus pour évoluer dans des conditions de
fonctionnement précises, indiquées dans la norme
DIN ISO 7183. Les caractéristiques de puissance indiquées
pour les sécheurs ne peuvent être appliquées que lorsque les
conditions suivantes sont remplies :
^ 8 barabs
– pression de fonctionnement p = 7 bars =
^ 25° C
– température ambiante
tA = 298 K =
^ 35° C
tEn = 308 K =
– température d’entrée
Il faut tenir compte des facteurs de conversion correspondants
si 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 la
température ambiante :
Pression de service p [bar]
Facteur f
2
3
4
5
6
0,62 0,72 0,81 0,89 0,94
Température ambiante tA [°C]
Facteur t
7
8
1
1,04
9
10
11
1,06 1,09
12
14
16
1,1
1,12 1,15 1,17
25
30
35
40
43
1,00
0,92
0,85
0,79
0,75
Un sécheur d’air comprimé par réfrigération BOGE, modèle D8,
présente un débit D de 45 m³/h. Il doit fonctionner à une
température ambiante moyenne de tA = 40° C et une pression
de service de p = 10 bar.
D
= 45 m³/h
p
= 10 bar
⇒
f = 1,09
tA
= 40° C
⇒
t = 0,79
D
×
f
×
DA
=
t
DA
= 45 m³/h × 1,09 × 0,79
DA
=
DA
=
Débit adapté
[m³/h]
D
=
Débit
[m³/h]
f
=
Facteur de conversion pour p =10 bars
t
=
Facteur de conversion pour
38,75 m³/h
tA = 40°C
Le sécheur d’air comprimé par réfrigération présente un débit
de 38,75 m³/h lorsque les conditions de service sont modifiées.
79
Traitement de l’air comprimé
5.4.2
Lors de la surpression, l’air est comprimé bien au-delà de la
pression nécessaire, puis il est refroidi et détendu à la pression
de service.
Condensation par
surpression
Pt. de rosée
sous pres.
[°C]
-70°C env.
Pression de
service
[bars]
Volume
débité
[m³/h]
selon le
Selon le
compresseur compresseur
Température
d’entrée
[°C]
–
Principe de fonctionnement
La quantité d’eau stockée par l’air diminue en raison de
l’augmentation de la pression et de la réduction du volume qui
en résulte. Une grande quantité de condensat se forme lorsque
la 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 point
de rosée sous pression baissent.
Exemple :
p = 1 bar
mc
p = 36 bar
Figure 5.7 :
Surpression et détente subséquente
L’air est précomprimé à 36 bar. Le point de rosée sous pression
est de 10°C. On assiste à une formation de condensat. Lorsque
l’air comprimé est détendu à 4 bar, le nouveau point de rosée
sous pression s’élève à -23°C env. (voir le chapitre 5.2.8,
exemple 1 ).
p = 4 bar
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
80
Traitement de l’air comprimé
5.4.3
Lorsque la température baisse, l’air perd sa faculté de
transporter l’eau. L’air comprimé peut être refroidi dans un
sécheur d’air par réfrigération afin de réduire la teneur en
humidité.
Condensation par
séchage par réfrigération
P. de rosée
sous pres.
[°C]
Pres. de
service
[ bar ]
Débit
[ m³/h ]
Température
d’entrée
[°C]
jusque +2°C
jusqu’à 210
11 à 35000
jusque+60°C
Lors du séchage par réfrigération, l’air comprimé est refroidi
dans un échangeur de chaleur au moyen d’un refrigérant. La
vapeur d’eau contenue dans l’air comprimé est évacuée sous
forme de condensat. La quantité de condensat augmente plus
la différence entre la température d’entrée et de sortie de l’air
comprimé est élevée.
Air comprimé sec
Principe de fonctionnement
Air compr. humide
1
3
2
Le séchage par réfrigération se déroule en deux étapes pour
améliorer l’efficacité du réfrigérant et l’utiliser de manière optimale.
1ère étape
L’air comprimé déjà refroidi par le sécheur par réfrigération
refroidit le nouveau courant d’air dans un échangeur de chaleur
air/air. 70% de la vapeur d’eau contenue dans l’air comprimé se
transforme en condensat.
4
2è étape
L’air comprimé passe dans un échangeur de chaleur réfrigérant/
air, où il est refroidit à une température approchant le point de
congélation. Le condensat qui se forme est évacué avant le
réchauffement lors de la première étape de réfrigération .
6
4
5
1
2
3
4
5
6
=
=
=
=
=
=
Echangeur de chaleur air/air
Echangeur de chaleur air/réfrigérant
Echangeur de chaleur régrigérant/air
Evacuateur de condensat
Compresseur frigorifique
Vaporisateur
Figure 5.8 :
Schéma fonctionnel d’un sécheur d’air comprimé
par réfrigération
Caractéristiques
– Rendement élevé
Le séchage par réfrigération est le procédé le plus
économique dans près de 90% de tous les cas
d’applications.
– Séparation des impuretés
Près de 100% de toutes les particules solides et des
gouttelettes d’eau dont la taille est supérieure à 3 µm sont
séparées.
– Perte de pression moindre dans le sécheur
La chute de pression ∆ p due au sécheur est de 0,2 bar
environ.
81
Traitement de l’air comprimé
5.4.4
Le principe du sécheur à diaphragme repose sur le fait que
l’eau pénètre dans une fibre creuse dotée d’un revêtement
spécial 20 000 fois plus rapidement que l’air.
Diffusion par séchage à
diaphragme
Pt. rosée
sous pr.
[°C]
Pression de
service
[ bar ]
Débit
[ m³/h ]
Température
d’entrée
[°C]
0 à -20 °C
5 à 12,5
11 à 130
2° à 60° C
Le sécheur à diaphragme se compose de plusieurs milliers de
fibres creuses, constituées d’un matériau en plastique solide
résistant à la température et à la pression. Leur surface interne
est 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 canal
intérieur des fibres est ouverte.
Air humide
Principe de fonctionnement
Air de
rinçage
humide
Courant
interne
Eau
Air de
rinçage sec
Air sec
Figure 5.9 :
Schéma de principe d’un sécheur à diaphragme
L’air comprimé humide passe à l’intérieur des fibres creuses
(courant interne). Lors de cette opération, la vapeur d’eau
contenue dans l’air comprimé est évacuée à l’extérieur au travers du manteau des fibres creuses. Un gradient de
concentration de la vapeur d’eau entre l’intérieur et l’extérieur
des fibres creuses est nécessaire.
Une certaine quantité d’air de rinçage est soutirée du volume
principal sec du compresseur, puis détendue. L’humidité maximale de l’air dépendant du volume, l’humidité relative de l’air
diminue. L’air de rinçage devient très sec. Le courant d’air de
rinçage sec enrobe les fibres creuses et assure le gradient de
concentration d’humidité suffisant. Le courant d’air de rinçage
peut être évacué à l’air libre sans être filtré.
Caractéristiques
– Réduction de la pollution de l’air due aux impuretés
Un filtre capable de séparer les particules atteignant 0,01 µm
doit toujours être monté en amont du sécheur à diaphragme.
S’il est installé directement en aval du compresseur, un
séparateur centrifuge doit le précéder.
– Perte de pression moindre dans le sécheur
La chute de pression Dp due au sécheur est de 0,2 bar
max.
– Construction compacte
Le sécheur peut être intégré dans un réseau de
conduites.
– Absence de maintenance
Le 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
82
Traitement de l’air comprimé
5.4.5
Lors du séchage par absorption, la vapeur d’eau est évacuée
par le biais d’une réaction chimique provoquée par un agent de
séchage hygroscopique. Les propriétés d’absorption de l’agent
de séchage diminuent avec le temps, il est donc nécessaire de
le renouveler régulièrement.
Sorption par absorption
P. de rosée
sous pr.
[°C]
Pression de
service
[ bar ]
Débit
[ m³/h ]
Température
d’entrée
[°C]
selon la
température
d’entrée
–
–
jusque 30 °C
On distingue trois types d’agents de séchage. Les agents de
séchage solubles se liquéfient au fur et à mesure de l’absorption.
Les agents solides et liquides réagissent sans modifier leur
état physique en présence de vapeur d’eau.
Déshydratant
1
2
Solide
Soluble
Liquide
Craie déshydratée
Chlorure de lithium
Acide sulfurique
Sel de magnésium
hyperacidifié
Chlorure de calcium
Acide phosphorique
Glycérine
Triéthylène glycole
Principe de fonctionnement
1
4
3
1
2
3
4
=
=
=
=
Filtre
Déshydratant solide
Couvercle
Purge du condensat
Figure 5.10 :
Sécheur par absorption à déshydratant solide
Lors de l’absorption, l’air comprimé traverse une couche de
déshydratant de bas en haut. Il transmet une partie de sa vapeur
d’eau au déshydratant. Un système de drainage évacue le
condensat dans un réservoir. Le point de rosée sous pression
est abaissé de 8 à 12 %.
Exemple
De l’air comprimé pénètre à une température de +30°C dans un
sécheur fonctionnant avec du chlorure de calcium. On obtient
dans ce cas un point de rosée sous pression oscillant entre 18
et 22 °C.
Caractéristiques
– Faible température d’entrée
Des températures élevées amollissent le déshydratant et le
collent.
– Action très corrosive du déshydratant
L’air comprimé séché peut emporter du déshydratant dans
le réseau d’air comprimé et y provoquer d’importants dégâts.
– Pas d’apport d’énergie auxiliaire
De par ses propriétés, le séchage par absorption occupe
seulement une position marginale dans les techniques de l’air
comprimé, comme par exemple dans le traitement de l’air
destiné aux laboratoires.
83
Traitement de l’air comprimé
5.4.6
Le séchage par adsorption de l’air comprimé est une opération
purement physique. L’humidité est liée au déshydratant par les
forces d’adhésion (attraction moléculaire non équilibrée). La
vapeur d’eau se dépose sur la surface intérieure et extérieure
du produit d’adsorption, il se produit pas de liaison chimique.
Sorption par adsorption
L’agent d’adsorption présente une structure poreuse ouverte et
une grande surface intérieure. Les agents d’adsorption les plus
courants sont l’oxyde d’aluminium, le gel de silicate, le charbon
actif et les filtres moléculaires. Divers agents d’adsorption sont
utilisés pour les différents processus de régénération.
Agent d’adsorption
Caractéristiques de l’agent d’adsorption *)
Pt. de rosée sous
pres. réalisable
Température
d’entrée
Température
de régénération
Surface
[°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
activé (Al2O3)
- 60
+ 40
175 à 315
230 à 380
Filtres moléculaires
(Na, AlO2, SiO2)
- 90
+ 140
200 à 350
750 à 800
*) Les propriétés de l’agent d’adsorption changent en fonction de la pression et de la température du gaz à sécher
Principe de fonctionnement
L’air comprimé humide passe dans le réservoir contenant l’agent
d’adsorption durant le processus de séchage. La vapeur d’eau
est liée et l’air comprimé est ainsi séché. Ce processus génère
de la chaleur. Le produit d’adsorption doit être régénéré lorsque
les 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 montés
en parallèle fonctionnent en continu. Le réservoir actif A sèche
l’air comprimé alors que le réservoir inactif B réalise la
régénération sans pression.
A
B
Les processus suivants sont principalement utilisés pour
régénérer le produit d’adsorption :
– régénération sans chaleur
– régénération à chaud interne
– régénération à chaud externe
– régénération par le vide
84
Traitement de l’air comprimé
5.4.6.1
Régénération sans chaleur
Débit
P. de rosée
sous pres.
[°C]
Pression de
service
[ bar s ]
[ m³/h ]
Température
d’entrée
[°C]
jusque-70°C
4 - 16
4 - 5600
jusque+ 60°C
3
2
Les sécheurs à régénération sans chaleur fonctionnent selon
le principe d’alternance de pression. La désorption (régénération)
intervient sans apport de chaleur supplémentaire. Une partie
du volume débité séché est dérivée. Ce courant partiel est
détendu à une pression à peine supérieure à 1 bar et reste
donc particulièrement sec. Cet air sec passe dans le réservoir
de séchage à régénérer B. L’humidité contenue dans le
déshydratant est récupérée au cours de cette opération, puis
évacuée à l’extérieur via une soupape d’échappement.
Caractéristiques
Figure 5.11 :
Adsorbant au bout de 5 min. de séchage
2
Dans le cas de la régénération sans chaleur, les périodes de
séchage et de régénération sont de 5 min. environ. C’est la
raison pour laquelle l’humidité se dépose uniquement sur la
surface extérieure du déshydratant.
– Exploitation économique sur les petits systèmes
générant de faibles débits.
– Conception simple du sécheur
Air sec
– Possibilité d’utilisation à hautes températures ambiantes
– Faible volume de déshydratant
Temps de séchage et de régénération de 5 min. environ
6
– Frais d’exploitation élevés
L’air de régénération est extrait du système d’air comprimé
et ne peut pas être réutilisé.
– Régénération sans apport d’énergie auxiliaire
– Le pourcentage d’air de régénération par rapport au débit du
compresseur baisse lorsque la pression de compression
finale est plus élevée.
B
A
Air de
régénération
Pression finale
5
4
Air humide
1 =
2
3
4
5
6
=
=
=
=
=
1
Soupapes de régulation et de
distribution
Soupape anti-retour
Cache perforé
Soupape d’échappement
Préfiltre
Filtre auxiliaire
Figure 5.12 :
Schéma fonctionnel d’un sécheur à adsorption à
régénération sans chaleur
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
7
10
15
20
25,83
17,22
11,49
7,39
5,46
27,14
18,1
12,07
7,77
5,47
Ces valeurs sont fixées sur le plan physique et il n’est pas
possible de passer en dessous. Elles résultent de la
corrélation entre l’humidité de l’air et la détente de l’air
comprimé.
– Préfiltrage de l’air d’entrée
Un préfiltre libère dans une large mesure l’air comprimé des
particules d’huile, des gouttes d’eau et des d’impuretés.
– Filtrage auxiliaire de l’air comprimé sec
Le déshydratant emporté hors du réservoir de séchage doit
être filtré de l’air comprimé.
85
Traitement de l’air comprimé
5.4.6.2
Régénération à chaud interne
Débit
P. de rosée
sous pres.
[°C]
Pression de
service
[ bar ]
[ m³/h ]
Température
d’entrée
[°C]
jusque-40°C
2 à 16
200 à 5600
jusque+ 50°C
Lors de la régénération à chaud, les périodes de séchage et de
régénération durent environ 6 à 8 heures. Pendant la longue
période de séchage, l’humidité se dépose sur les parois internes et externes de l’adsorbant. Pour inverser ce processus, il
suffit d’importer de la chaleur de l’extérieur. Dès que la
température de régénération de l’adsorbant est dépassée, grâce
à l’apport de chaleur, l’énergie qui se crée en surface permet
de surmonter les forces d’adhésion et l’eau s’évapore. L’humidité
est évacuée grâce à un faible courant d’air de régénération.
La température de régénération dépend du point de rosée sous
pression de l’air de régénération. Plus elle est basse, plus la
température de régénération du sécheur le sera également.
Figure 5.13 :
Adsorbant consécutif à un séchage de
6 à 8 heures
Air comprimé sec
4
Dans le cas de la régénération interne, la chaleur est transférée directement sur l’adsorbant grâce à un système de chauffage installé dans le réservoir de chauffage. Elle se déroule en
deux temps :
1er temps
2
3
5
9
A
B
Le réservoir de séchage B est lentement chauffé, grâce au
système de chauffage interne, à la température de régénération
nécessaire. L’humidité se détache de l’adsorbant dès que la
température de régénération est dépassée. Sous l’effet d’une
légère surpression, 2 à 3% environ du courant d’air comprimé
sec sortent du compresseur pour passer dans le réservoir de
séchage B via une conduite de dérivation. Ce courant d’air de
régénération absorbe la vapeur d’eau et la transporte à l’air
libre via une soupape d’échappement.
2è temps
1
8
6
Dans le temps de refroidissement, la température de service
baisse pour atteindre celle du lit de séchage. Une deuxième
conduite de dérivation s’ouvre à cet effet. 5% environ du débit
du compresseur traversent alors le réservoir de séchage B. A
cet instant, le chauffage interne n’est plus opérationnel.
7
Air humide
1
2
3
4
5
6
7
8
9
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Air de
régénération
Soupape de régulation et de distribution
Soupape anti-retour
Dérivation avec cache perforé 1er temps
Dérivation avec cache perforé 2è temps
Chauffage
Soupape d’arrêt
Soupape d’échappement
Préfiltre
Filtre auxiliaire
Figure 5.14 :
Schéma fonctionnel du sécheur par adsorption à
régénération à chaud interne
86
Caractéristiques
– Economique dans le cas de débits importants
– Conception simple du sécheur
– Une quantité réduite d’air comprimé sec est nécessaire
pour régénérer le sécheur.
– Préfiltrage de l’air d’entrée
Un préfiltre libère dans une large mesure l’air comprimé des
particules d’huile, des gouttes d’eau et des impuretés.
– Filtrage auxiliaire de l’air comprimé sec
Le déshydratant emporté hors du réservoir de séchage doit
être filtré de l’air comprimé.
Traitement de l’air comprimé
5.4.6.3
Régénération à chaleur externe
P. de rosée Pression de
sous pres.
service
[°C]
[ bar ]
jusque-40°C
2 à 16
[ m³/h ]
Température
d’entrée
[°C]
500
à 15000
jusque+
50°C
Débit
Lors de la régénération à chaud, les périodes de séchage et de
régénération oscillent entre 6 et 8 heures. Pendant la longue
période de séchage, l’humidité se dépose sur les parois internes et externes de l’adsorbant. Pour inverser ce processus, il
faut amener de la chaleur de l’extérieur. Dès que la température
de régénération de l’adsorbant est dépassée, grâce à l’apport
de chaleur, l’énergie qui se crée en surface permet de surmonter
les forces d’adhésion et l’eau s’évapore. L’humidité est évacuée
grâce à un faible courant d’air de régénération.
La température de régénération dépend du point de rosée sous
pression de l’air de régénération. Plus elle est basse, plus la
température de régénération du sécheur le sera également.
La régénération externe, au cours de laquelle l’air ambiant est
aspiré par un ventilateur et chauffé dans un registre de tirage,
se déroule en trois temps :
Figure 5.15 :
Adsorbant au bout de 6 à 8 heures de séchage
1er temps
2
Air comprimé sec
3
7
4
5
9
Le réservoir de séchage B est chauffé lentement par un courant
d’air chaud à la température de régénération nécessaire. Lorsque
cette température est atteinte, l’eau se détache de l’adsorbant.
Le ventilateur continue de pomper de l’air de régénération chaud
dans le réservoir de séchage B. Ce courant d’air de régénération
absorbe la vapeur d’eau et la transporte à l’air libre via une
soupape d’échappement.
2è temps
A
B
Dans le temps de refroidissement, la température de service
baisse pour atteindre celle du réservoir de séchage B. Pour ce
faire, le registre de tirage du ventilateur est désactivé et de l’air
ambiant froid est amené dans le réservoir de séchage.
3è temps
8
Air de
régénération
1
6
Air compr. humide
1
2
3
4
5
6
7
8
9
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Soupape de régulation et distribution inf.
Soupape de régulation et distribution sup.
Dérivation avec cache perforé, 3è temps
Registre de tirage
Ventilateur
Soupape d’arrêt
Soupape antiretour
Préfiltre
Filtre auxiliaire
Figure 5.16 :
Schéma fonctionnel d’un sécheur par adsorption à
régénération à chaleur externe
A l’issue du refroidissement, l’air comprimé sec et détendu
quitte le compresseur par le réservoir de séchage afin que l’air
ambiant ne provoque pas d’humidité dans le sécheur.
Caractéristiques
– Economique dans le cas de débits importants
– Des températures de régénération élevées permettent
d’obtenir un point de rosée sous pression bas.
– Faible consommation d’air comprimé supplémentaire
Seule une faible partie de l’air de régénération est
prélevée dans le système d’air comprimé.
– Préfiltrage de l’air d’entrée
Un préfiltre libère l’air comprimé dans une large mesure des
particules d’huile, des gouttes d’eau et des impuretés.
– Filtrage auxiliaire de l’air comprimé sec
Le déshydratant emporté hors du réservoir de séchage doit
être filtré de l’air comprimé.
87
Traitement de l’air comprimé
5.4.6.4
Régénération par le vide
P. de rosée Pression de
sous pres.
service
[°C]
[ bar ]
[ m³/h ]
Température
d’entrée
[°C]
400
à 7400
jusque
+ 40° C
Débit
jusque-80°C 4 à 16 bar
La régénération par le vide est une variante de la régénération
à chaud externe. Tout comme pour la régénération à chaud, les
périodes de régénération oscillent entre 6 et 8 heures. Pendant
la longue période de séchage, l’humidité se dépose sur les
parois internes et externes de l’adsorbant. Pour inverser ce
processus, il faut amener de la chaleur de l’extérieur. Dès que
la température de régénération de l’adsorbant est dépassée,
grâce à l’apport de chaleur, l’énergie qui se crée en surface
permet de surmonter les forces d’adhésion et l’eau s’évapore.
L’humidité est évacuée grâce à un faible courant d’air de
régénération.
La température de régénération dépend du point de rosée sous
pression de l’air de régénération. Plus elle est basse, plus la
température de régénération du sécheur le sera également.
Figure 5.17 :
Adsorbant au bout de 6 à 8 heures de séchage
3
2
Air comprimé sec
5
1er temps
6
8
A
B
Air de
régénération
1
4
Air compr. humide
=
=
=
=
=
=
=
=
Soupape de régulation et distribution inf.
Soupape de régulation et distribution sup.
Soupape d’arrêt
Registre de tirage
Ventilateur
Silencieux
Préfiltre
Filtre auxiliaire
Figure 5.18 :
Schéma fonctionnel d’un sécheur par adsorption à
régénération par le vide
88
Une pompe à vide aspire l’air ambiant. Ce courant d’air est
chauffé dans un registre de tirage et aspiré dans le réservoir de
séchage. Lorsque la température de régénération est atteinte,
l’eau se détache de l’adsorbant. Le courant d’air de régénération
absorbe la vapeur d’eau et l’évacue à l’air libre via une soupape
d’échappement.
2è temps
Dans la phase de refroidissement, la température de service
baisse pour atteindre la température du réservoir de séchage.
Pour ce faire, le registre de tirage est désactivé et l’air ambiant
froid est aspiré dans le réservoir de séchage.
Caractéristiques
7
1
2
3
4
5
6
7
8
Lors de la régénération par le vide, l’air ambiant est aspiré
par surpression dans le réservoir de séchage. Ce courant d’air
est chauffé extérieurement. La régénération par le vide se déroule en deux temps.
– Economique dans le cas de débits importants
– Pas de consommation d’air comprimé supplémentaire
La régénération n’exige aucun prélèvement d’air
comprimé dans le système.
– Longue durée de vie du déshydratant
Le déshydratant est soumis à une faible contrainte
thermique.
– Economies d’énergie grâce à une faible température de
régénération
– Préfiltrage de l’air d’entrée
Un préfiltre libère dans une large mesure l’air comprimé des
particules d’huile, des gouttes d’eau et des impuretés.
– Filtrage auxiliaire de l’air comprimé sec
Le déshydratant emporté hors du réservoir de séchage doit
être filtré de l’air comprimé.
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’air
comprimé par réfrigération dans une station d’air comprimé : il
est placé avant ou après le réservoir d’air comprimé. Il n’est
pas possible de le spécifier de manière catégorique, car les
deux variantes présentent des avantages et des désavantages
dans des cas d’applications précis.
5.4.7.1
Sécheur placé avant le réservoir
d’air comprimé
Avantages :
– Air sec dans le réservoir d’air comprimé
Il ne se forme pas de condensat dans le réservoir d’air
comprimé.
– Qualité de l’air comprimé constante
Le point de rosée sous pression de l’air comprimé reste
constant, même lorsque de l’air comprimé est nécessité
subitement et en grande quantité.
Désavantages :
Figure 5.19 :
Sécheur installé avant le réservoir d’air comprimé
– Grandes dimensions du sécheur
Le sécheur doit être conçu en fonction du débit réel délivré
par le compresseur installé. Le sécheur est souvent
surdimensionné lorsque la consommation est faible.
– Séchage d’air comprimé pulsé
De par leur conception, les compresseurs à pistons en
particulier fournissent de l’air pulsé. Le sécheur est exposé
à une contrainte élevée.
– Haute température d’entrée de l’air comprimé
L’air comprimé vient directement du radiateur auxiliaire du
compresseur.
– Il n’est pas possible de sécher un courant d’air partiel.
– Quantité de condensat élevée
Tout le condensat pénètre dans le sécheur.
– Sur les systèmes composés de plusieurs compresseurs,
chacun des compresseurs doit être accompagné d’un
sécheur.
Conclusion
Il est rarement conseillé d’installer le sécheur en amont du
réservoir d’air comprimé. Ce cas de figure est cependant
conseillé si le compresseur doit souvent faire face à des pics
de consommation soudains, sans que la qualité de l’air n’en
souffre.
89
Traitement de l’air comprimé
5.4.7.2
Sécheur placé après le réservoir
d’air comprimé
Avantages :
– Dimensionnement sur mesure du sécheur
Le sécheur peut être dimensionné en fonction de la
consommation d’air comprimé réelle, ou en fonction du débit
d’air comprimé à sécher.
– Séchage d’un débit détendu
– Faible température d’entrée de l’air comprimé
L’air comprimé peut continuer à refroidir dans le réservoir
d’air comprimé.
– Faibles quantités de condensat
Les gouttes de condensat qui se forment sont collectées
dans le réservoir d’air comprimé et ne perturbent pas le reste
du système.
Figure 5.20 :
Sécheur monté après le réservoir d’air comprimé
Désavantages :
– Condensat dans le réservoir d’air comprimé
L’humidité qui règne dans le réservoir d’air comprimé
représente une source de corrosion.
– Surcharge du sécheur
Les contraintes exercées sur le sécheur sont élevées lorsque
de l’air comprimé est nécessité subitement et en grande
quantité. Le point de rosée sous pression de l’air comprimé
augmente.
Conclusion
Dans la majorité des cas, BOGE conseille d’installer le sécheur
en aval du réservoir d’air comprimé. Sur le plan économique,
les arguments parlent en faveur de cette configuration. Un
sécheur de moindres dimensions peut être généralement utilisé.
Les capacités sont mieux utilisées.
90
Traitement de l’air comprimé
5.5
Filtres à air comprimé
5.5.1
Terminologie de base des filtres
5.5.1.1 Pouvoir séparateur du filtre η [ % ]
Il est nécessaire de définir certaines grandeurs et certains
facteurs avant de considérer les filtres de manière plus détaillée.
Le pouvoir séparateur η indique la différence de concentration
de particules d’impuretés en amont et en aval du filtre. On
parle également de „l’efficacité“ du filtre. Le pouvoir séparateur
du filtre η est par conséquent une grandeur qui reflète l’efficacité
du filtre. La taille de grain minimale [µm] qui peut être séparée
par le filtre doit toujours être indiquée.
η
Air
comprimé
non filtré
( C1 )
Air pur
(C2 )

= 100 – 

×
100



C1 = Concentration de particules d’impuretés
avant le filtre.
C2 = Concentration de particules d’impuretés
après le filtre.
η
Figure 5.21 :
Préfiltre BOGE, série V
η = 99,99 % par rapport à 3 µm
C1
——–
C2
= Pouvoir séparateur du filtre
[%]
La concentration est généralement mesurée proportionnellement
à l’unité de volume [g/m³] de l’air comprimé. Lorsque la
concentration est faible, on la définit généralement en comptant
les particules par unité de volume [Z/cm³]. Le comptage des
particules par unité de volume est la méthode la plus
fréquemment utilisée pour définir le pouvoir séparateur des filtres
hautes performances. Mesurer le poids proportionnellement à
l’unité de volume avec une précision suffisante exigerait la mise
en oeuvre de moyens disproportionnés par rapport aux résultats
obtenus.
Exemple
Une concentration de particules de C1 = 30 mg/m³ est mesurée
dans l’air comprimé avant le filtrage. Après le filtrage, l’air pur
renferme encore une concentration de particules de
C2 = 0,003 mg/m³ pour une taille des particules supérieure à
3 µm.
η

30
= 100 –  ——––
 0,003
η
= 99,99 %
×
100



Le pouvoir séparateur du filtre est de 99,99 % par rapport à
3 µm.
91
Traitement de l’air comprimé
5.5.1.2 Chute de pression ∆ p
La chute de pression ∆ p est la différence de pression due au
courant en amont et en aval du filtre. La chute de pression
∆ p dans le filtre augmente avec le temps en raison de
l’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 entre
0,02 et 0,2 bar.
– La limite acceptable économiquement pour la chute de
pression ∆ p se situe approximativement à 0,6 bar.
Un appareil de mesure de la différence de pression équipe la
majorité des filtres afin de capter la chute de pression.
Figure 5.22 :
Filtre conventionnel et appareil de mesure ∆p
Si la chute de pression ∆ p dépasse la valeur limite, il est
nécessaire de nettoyer le filtre ou de remplacer l’élément filtrant.
Le débit maximum d’un filtre se réfère toujours à la pression
normalisée ps = 7 bar. Lorsque la pression change, le débit
maximum du filtre change également. La modification du débit
peut être déterminée aisément au moyen du facteur de
conversion correspondant f.
5.5.1.3 Pression de service
1
Pression [bars ]
Facteur f
2
3
0,25 0,38
0,5
4
5
6
7
0,65 0,75 0,88
8
1
9
10
1,13 1,25 1,38
11
1,5
12
13
14
1,63 1,75 1,88
15
2
Exemple
Un préfiltre BOGE V50, dont la capacité nominale est de
300 m³/h à la pression normalisée ps = 7 bar devrait fonctionner
à ps = 10 bar.
D7
= 300 m³/h
ps
= 10 bar
⇒
f
=
1,38
D7
×
D10
=
D10
= 300 m³/h ×
D10
= 414 m³/h
f
1,38
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 nominales du filtre sont de 414 m³/h.
92
Traitement de l’air comprimé
5.5.2
Séparateur centrifuge
Différence Degré de Taille des Teneur en
de pression séparation particules huile rés.
∆p [ bar ]
[%]
[ µm ]
[ mg/m³ ]
> 0,05 bar
95 %
> 50 µm
sans
influence
A sa sortie du compresseur, l’air comprimé contient de l’eau
sous 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 lors
de la réduction du volume.
Cette eau se dépose normalement dans le réservoir de
stockage, car l’air comprimé se détend. Le condensat est évacué
à partir de là.
Principe de fonctionnement
Air pur
1
Entrée de l’air
comprimé
2
3
4
Le séparateur centrifuge fonctionne selon le principe de l’inertie
de masse. Il se compose d’une cartouche tourbillonnaire et
d’un réservoir de récupération. La cartouche est conçue de
manière à ce que l’air comprimé soit soumis à un mouvement
giratoire. Les éléments solides et liquides contenus dans l’air
sont projetés sur les parois intérieures du réservoir, sous l’effet
de leur propre masse. Les particules d’impureté lourdes et les
gouttelettes d’eau sont ainsi éliminées. Les impuretés séparées
s’écoulent le long d’une surface de rebondissement et
parviennent dans le collecteur. La surface de rebondissement
permet également d’éviter que le courant d’air ne remporte le
liquide séparé.
Le condensat est retiré du collecteur automatiquement ou
manuellement afin d’être éliminé ou traité.
Caractéristiques
– Séparation pratiquement complète des gouttelettes d’eau
1
2
3
4
=
=
=
=
Cartouche tourbillonnaire
Surface de rebondissement
Collecteur
Purgeur de condensat
Figure 5.23 :
Séparateur centrifuge
– Filtrage des particules de poussière et d’impureté lourdes
– La capacité de filtrage du séparateur centrifuge dépend de
la vitesse de courant de l’air. Plus elle est rapide, plus la
capacité de séparation est élevée. La perte de pression dans
le séparateur augmente cependant avec la vitesse du
courant.
Domaines d’applications
– Réservoir d’air comprimé inutile dans le réseau
– Grandes distances entre le compresseur et le réservoir
Lorsque le réservoir d’air comprimé est très éloigné du
compresseur, il est judicieux d’installer un séparateur
centrifuge aussitôt après le compresseur. Il permet d’éviter
les „transports d’eau“ inutiles dans les conduites.
– Lignes montantes entre le réservoir d’air comprimé et le
compresseur. La conduite reliant le compresseur et le
réservoir d’air comprimé est verticale. Lorsque le
compresseur s’arrête, l’eau de condensation retourne dans
le compresseur. Dans ce cas, il est judicieux d’installer un
séparateur centrifuge juste après le compresseur.
93
Traitement de l’air comprimé
5.5.3
Préfiltre
Différence Degré de Taille des Teneur en
de pression séparation particules huile rés.
∆p [ bar ]
[%]
[ µm ]
[ mg/m³ ]
> 0,03 bar
99,99 %
> 3 µm
sans
influence
Les préfiltres permettent de séparer les impuretés solides
présentant une taille de 3 µm environ, mais filtrent mal l’huile
et l’humidité. Les préfiltres assistent les filtres hautes
performances et les sécheurs lorsque l’air est très poussiéreux.
Il est possible de renoncer à l’utilisation d’un filtre plus fin si la
qualité de l’air comprimé exigée n’est pas très élevée.
Principe de fonctionnement
Les préfiltres fonctionnent selon le principe de la filtration de
surface. En fait, ce ne sont que des passoires. La taille des
pores correspond à celle des particules qui peuvent être filtrées.
Les impuretés restent à l’extérieur des éléments du filtre. Les
matériaux les plus couramment utilisés pour les éléments
filtrants sont les suivants :
– bronze fritté
Figure 5.24 :
Mécanisme de filtrage des filtres de surface
– 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 vers
l’intérieur. Un sens de courant inverse provoquerait une
agglomération des particules séparées à l’intérieur des éléments
filtrants. L’amoncellement des matières solides annihilerait
l’efficacité du filtre.
Caractéristiques
– Le filtre peut être régénéré.
Il est possible de nettoyer les éléments filtrants, car la
séparation des particules effectuée dans le préfiltre intervient
uniquement à la surface de l’élément.
Figure 5.25 :
Préfiltre BOGE, série V
94
Traitement de l’air comprimé
5.5.4
Filtre microporeux
Différence Degré de Taille des Teneur en
de pression séparation particules huile rés.
∆p [ bar ]
[%]
[ µm ]
[ mg/m³ ]
> 0,1 bar
99,9999 % > 0,01 µm
Les filtres microporeux sont utilisés lorsque l’on a besoin d’air
comprimé de très grande qualité. Ils permettent d’obtenir un air
comprimé exempt d’huile et de réduire la teneur en huile
résiduelle dans l’air comprimé à 0,01 mg/m³. Ils filtrent les
particules d’impuretés avec un degré de séparation de
99,9999 % par rapport à 0,01 µm.
> 0,01
Principe de fonctionnement
Les filtres microporeux, également appelés filtres à coalescence
ou hautes performances, sont des filtres à lit profond. Ils filtrent
le condensat huileux contenu dans l’eau sous forme de
gouttelettes fines et ultra fines de l’air comprimé.
Figure 5.26 :
Mécanisme de filtrage des filtres à lit profond
M a t i è r e
filtrante
Le filtre à lit profond est un filtre constitué d’une multitude de
fibres extrêmement fines. Ces fibres forment un maillage
aléatoire et, par conséquent, une structure poreuse. Les fibres
sont parcourues par un système de canaux présentant la forme d’un labyrinthe. Les canaux sont en partie plus larges que
la taille des particules à séparer. La séparation des particules
intervient tout le long du chemin parcouru par l’air comprimé
dans 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 tiers
par rapport aux filtres enroulés. La chute de pression ∆ p est de
par ce fait largement réduite. Certains avantages en résultent :
– débit plus important
– pertes d’énergie moindres
Figure 5.27 :
Matière filtrante pliée et enroulée
– durée de vie plus longue
L’air passe dans le filtre à lit profond de l’intérieur vers
l’extérieur. La phase liquide d’huile et d’eau se dépose sur le
feutre du filtre lors du passage de l’air. Le courant d’air transporte
alors le condensat et les gouttes de plus en plus grosses vers
l’extérieur du filtre. Une partie du condensat sort ainsi du filtre.
Le condensat s’amoncelle dans le collecteur du filtre sous l’effet
de la force centrifuge.
La durée de vie des filtres augmente, car le condensat filtré ne
surcharge plus l’élément dans ce sens de courant.
Figure 5.28 :
Microfiltre BOGE, série F
95
Traitement de l’air comprimé
Mécanismes de filtrage
Air comprimé non
filtré
Trois mécanismes différents opèrent ensemble afin de séparer
les fines particules de l’air.
– Contact direct
Les particules de grande taille et les gouttes d’eau entrent
en contact direct avec les fibres du filtre.
– Impact
Les particules et les gouttes rencontrent les fibres du filtre
disposées de manière aléatoire. Elles sont déviées de la
voie du courant sous l’effet du choc et absorbées par la fibre
suivante.
Agent filtrant
– Diffusion
Les particules fines et extrêmement fines se coalisent dans
le champ de courant et forment des particules de plus en
plus grosses (mouvement moléculaire de Brown). Ces
particules sont alors filtrées.
Air comprimé technique
sans huile et propre
Le borosilicate sous forme de fibres de verre est le matériau le
plus utilisé dans la fabrication des filtres hautes performances.
Il est utilisé pour les filtres à lit profond. On trouve également
– des fibres métalliques.
Figure 5.29
Mécanismes du filtrage de lit profond
– des fibres synthétiques.
Caractéristiques
– Séparation de l’huile dans la phase liquide
Des hydrocarbures se trouvent dans l’air comprimé. Ils
présentent deux états physiques :
- gazeux sous forme de vapeur d’huile
- liquides sous forme de gouttes
Les gouttes d’huile sont filtrées à pratiquement 100% par
un filtre hautes performances. La vapeur d’huile ne peut pas
être filtrée.
– Faibles températures de fonctionnement
Le degré de séparation du filtre diminue lorsque la
température de fonctionnement augmente. Une partie des
gouttes d’huile s’évapore et traverse le filtre. Lorsque la
température passe de +20° à +30°C, un volume d’huile 5
fois supérieur traverse le filtre.
– Possibilité de recyclage
Les matériaux utilisés ont été choisis en considérant les
aspects écologiques.
96
Traitement de l’air comprimé
5.5.5
A la sortie du filtre hautes performance et du sécheur, l’air
comprimé technique sans huile contient encore des
hydrocarbures et diverses substances olfactives et gustatives.
Filtre à charbon actif
Différence Degré de Taille des Teneur en
de pression séparation particules huile rés.
∆p [ bar ]
[%]
[ µm ]
[ mg/m³ ]
> 0,02 bar
99,9999
0,01
> 0,005
Dans de nombreuses applications, ces restes contenus dans
l’air comprimé peuvent entraver la production, provoquer une
baisse de la qualité et une gêne au niveau des odeurs.
Un filtre à charbon actif extrait les vapeurs d’hydrocarbures de
l’air comprimé. La teneur en huile résiduelle peut être réduite à
0,005 mg/m³. La qualité de l’air comprimé est meilleure que
celle exigée par la norme DIN 3188 pour l’air respirable. Les
gouttelettes d’huile condensées sont séparées par le filtre
raccordé (filtre microporeux BOGE, série F).
Principe de fonctionnement
Le filtrage de l’air comprimé par adsorption est un processus
purement physique. Les hydrocarbures sont liés au charbon
actif sous l’effet des forces d’adhésion (attraction moléculaire
non équilibrée). Aucune liaison chimique n’intervient lors de ce
processus.
L’air comprimé sec et préfiltré passe dans un filtre à charbon
actif plissé. Cet élément filtrant ressemble à un filtre
microporeux. L’air comprimé le traverse également de l’intérieur
vers l’extérieur.
Caractéristiques
Figure 5.30 :
Combinaison de filtres BOGE, séries AF
Filtre à charbon actif combiné à un filtre
microporeux
– Préfiltrage
Un filtre hautes performances et un sécheur doivent toujours
être montés en amont du filtre à charbon actif. L’air impur
détruit l’adsorbant et diminue l’effet de filtrage.
– Pas de régénération
La charge de charbon actif ne peut pas se régénérer. Il faut
la remplacer en fonction de son degré de saturation.
– Durée de vie
L’élément filtrant d’un filtre à charbon actif doit être remplacé
au 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
97
Traitement de l’air comprimé
5.5.6
Adsorbeur à charbon actif
Différence Degré de Taille des Teneur en
de pression séparation particules huile rés.
∆p [ bar ]
[%]
[ µm ]
[ mg/m³ ]
> 0,1 bar
Préfiltre
–
–
> 0,003
Filtre aux.
A la sortie du filtre hautes performance et du sécheur, l’air
comprimé technique sans huile contient encore des
hydrocarbures et diverses substances olfactives et
gustatives.Dans de nombreuses applications ces restes
contenus dans l’air comprimé peuvent entraver la production,
provoquer une baisse de la qualité et une gêne au niveau des
odeurs.
Un filtre à charbon actif extrait les vapeurs d’hydrocarbures de
l’air comprimé. La teneur en huile résiduelle peut être réduite à
0,003 mg/m³. La qualité de l’air comprimé est meilleure que
celle exigée par la norme DIN 3188 pour l’air respirable. Les
gouttelettes d’huile condensées sont séparées par le filtre
raccordé (filtre microporeux BOGE, série F).
Principe de fonctionnement
Le filtrage de l’air comprimé par adsorption est un processus
purement physique. Les hydrocarbures sont liés au charbon
actif sous l’effet des forces d’adhésion (attraction moléculaire
non équilibrée). Aucune liaison chimique n’intervient lors de ce
processus.
L’air comprimé sec et filtré est dirigé via un diffuseur vers un lit
de charbon actif pilé. Le diffuseur répartit l’air comprimé
régulièrement au dessus du lit de charbon actif. On obtient
ainsi de longues périodes de contact et une utilisation optimale
de l’adsorbant. Après être passé dans le lit d’adsorbant, l’air
comprimé parvient dans un collecteur de sortie et quitte
l’adsorbeur à charbon actif.
Figure 5.31 :
Schéma fonctionnel d’un adsorbeur à charbon
actif BOGE de type DC
Caractéristiques
– Préfiltrage
Un filtre hautes performances et un sécheur doivent toujours
être montés en amont du filtre à charbon actif. L’air impur
détruit l’adsorbant et diminue l’effet de filtration.
– Filtrage auxiliaire
Pour des raisons de sécurité, il est conseillé de monter un
filtre hautes performances en aval de l’adsorbeur. L’air
comprimé détache les particules de poussière de charbon
les plus fines (inférieures à 1 µm) du lit de charbon actif.
– Pas de régénération
La charge de charbon actif ne peut pas se régénérer. Il faut
la remplacer en fonction de son degré de saturation.
– Durée de vie élevée
La charge du filtre à charbon actif doit être remplacée au
bout de 8000 à 10 000 heures de fonctionnement.
Domaines d’applications
– Les domaines d’applications sont identiques à ceux du
filtre à charbon actif.
98
Traitement de l’air comprimé
5.5.7
Filtre stérile
Différence Degré de Taille des Teneur en
de pression séparation particules huile rés.
∆p [ bar ]
[%]
[ µm ]
[ mg/m³ ]
> 0,09 bar
99,9999
0,01
–
Les organismes vivants, tels que les bactéries, les
bactériophages et les virus sont à l’origine de graves problèmes
sanitaires dans de nombreux domaines. Les filtres stériles
génèrent un air comprimé stérile à 100%, exempt de germes.
Principe de fonctionnement
Le courant d’air préfiltré passe de l’extérieur vers l’intérieur à
travers un élément filtrant composé de deux étages de filtrage.
Les micro-organismes atteignant une taille de 1 µm sont retenus
dans le préfiltre. Le deuxième étage se compose d’un feutre en
microfibres de borosilicate tridimensionnel, neutre sur le plan
chimique 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 les
exposant 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 différentes
méthodes
– eau chaude
– air chaud
– gaz (oxyde d’éthylène, formaldéhyde)
– H2O2
Caractéristiques
– Matériau en acier inoxydable
Tous les éléments métalliques du filtre sont réalisés en acier
inoxydable de qualité supérieure. Cet acier, qui n’offre aucune
substance nutritive aux micro-organismes, ne se corrode et
ne se décompose pas.
Figure 5.31 :
Filtre stérile BOGE, série ST
– Résistant
L’agent filtrant est inactif, il résiste aux produits chimiques
et aux températures élevées. Les bactéries sont dans
l’incapacité de se développer ou de le traverser.
– Distance de contact courte et stérile
Il est conseillé d’installer le filtre stérile directement sur le
consommateur final.
Domaines d’applications
– Industrie alimentaire et des denrées de luxe
– Industrie pharmaceutique
– Industrie chimique
– Industrie de l’emballage
– Techniques médicales
99
Elimination du condensat
6.
Elimination du condensat
6.1
Condensat
Le condensat se compose principalememt d’eau, véhiculée par
l’air aspiré par le compresseur et qui se forme lors de la
compression. Le condensat contient également un grand
nombre d’impuretés.
– Aérosols minéraux et hydrocarbures imbrûlés contenus
dans l’air aspiré
– Poussière et particules d’impuretés présentes dans l’air
comprimé sous les formes les plus diverses
– Huile utilisée pour le refroidissement et la lubrification du
compresseur
– Rouille, produits d’usure, restes de produits isolants et
perles 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 donc
être éliminé conformément aux règlements en vigueur. Les huiles
minérales contenues dans le condensat sont difficilement
biodégradables, leur influence a une action néfaste sur
l’alimentation en oxygène et la putréfaction des boues dans les
stations de traitement des eaux. L’efficacité du processus de
traitement est réduite et favorise la croissance des risques sur
le plan écologique et sanitaire.
Les différents systèmes d’air comprimé ne produisent pas tous
un condensat identique. Le condensat présente des
caractéristiques différentes selon les conditions de
l’environnement et le type de compresseur. Considérons par
exemple
– les compresseurs lubrifiés par huile.
Sur les compresseurs de ce type, l’huile lave une partie des
produits agressifs et solides contenus dans l’air comprimé
dans la chambre de compression. Par conséquent, les
systèmes lubrifiés par huile génèrent habituellement un
condensat présentant un pH neutre.
– les compresseurs lubrifiés sans huile.
Sur ces systèmes, la majorité des substances nocives est
évacuée avec le condensat. Pour cette raison, le condensat
présente un pH acide. Il n’est pas rare de constater des pH
compris entre 4 et 5.
La consistance du condensat change également en fonction
des conditions marginales. Le condensat a généralement la
consistance de l’eau. Dans certains cas exceptionnels, il pourra
également se présenter sous forme de pâte.
100
Elimination du condensat
6.2
Evacuateur de condensat
Le condensat qui se forme à l’intérieur du système d’air
comprimé doit être évacué pour ne pas être emporté par le flux
d’air et entrer de cette manière dans le réseau de conduites.
Les évacuateurs de condensat sont des appareils onéreux, car
les réservoirs de récupération du condensat sont sous pression.
Il faut donc que l’évacuation du condensat soit contrôlée si l’on
tient à éviter toute perte de pression inutile.
Il faut en outre tenir compte du fait que la formation du
condensat est irrégulière. Le volume de condensat change en
fonction de la température et de l’humidité de l’air aspiré par le
compresseur.
Les différents types d’évacuateurs sont présentés dans le
tableau ci-dessous en fonction de leur mode de fonctionnement.
Types d’évacuateurs de condensat
Manuels
Soupape manuelle
Automatiques
Evacuateur de
condensat à commande
à flotteur
Evacuateur de cond.
à électrovanne à
ouverture synchronisée
Evacuateur de
condensat à mesure du
niveau
Capteur de mesure
électronique
Flotteur de niveau
Lorsque l’on choisit un évacuateur de condensat, quel qu’il soit,
il faut toujours tenir compte du condensat en présence et
d’autres conditions marginales. Certains domaines
d’applications exigent que les évacuateurs de condensat
présentent 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 chauffage
lorsque les températures descendent en dessous de zéro degré,
afin d’éviter que l’eau contenue dans le condensat ne gèle.
101
Elimination du condensat
6.2.1
Le condensat est collecté dans un réservoir prévu à cet effet.
Le personnel chargé de la maintenance et de l’exploitation doit
vérifier régulièrement le niveau de remplissage du réservoir. Le
condensat sera éventuellement vidangé par l’orifice situé au
fond du réservoir.
Evacuateur de condensat
à soupape manuelle
Caractéristiques
– Construction simple et économique
– Connexion électrique inutile
– Pas de fonction d’alarme
– Vérification régulière nécessaire
Le condensat doit être vidangé régulièrement.
6.2.2
Evacuateur de condensat
à commande à flotteur
4
Un flotteur se trouve dans le réservoir de condensat. Il commande
une soupape d’échappement située au fond du réservoir.
Lorsque le niveau du réservoir dépasse un repère défini, la
soupape d’échappement s’ouvre. La surpression qui règne dans
le système permet d’évacuer le condensat à l’extérieur. Dès
que le niveau repasse en dessous du repère de niveau minima,
la soupape se referme automatiquement avant que de l’air ne
s’échappe.
Le condensat est maintenant séparé de l’air comprimé et peut
être introduit dans le système de traitement.
Caractéristiques
– Construction simple et économique
1
– Pas de connexion électrique nécessaire
Idéal dans les environnements à risques d’explosions
2
1
2
3
4
=
=
=
=
3
Entrée
Sortie
Bouchon de vidange
Orifice de purge
Figure 6.1 :
Evacuateur de condensat à commande à flotteur
102
– Pas de purge de l’air comprimé
– Susceptible de tomber en panne
Les pièces mobiles du système peuvent se résinifier, coller
ou corroder au contact direct du condensat.
– Maintenance régulière nécessaire
La fragilité du système exige une maintenance régulière.
– Pas de signal d’alarme extérieur
– Peu souple
Les soupapes du flotteur doivent être spécialement adaptées
aux besoins du condensat.
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 intervalles
définis et réguliers (1,5 à 30 min.) l’orifice de purge situé au
fond du réservoir. Elle le referme au bout de 0,4 à 10 secondes
d’ouverture. Le condensat est évacué sous l’effet de la pression
du système.
La soupape de purge est raccordée au système d’évacuation
du condensat par une conduite.
Remarque
Figure 6.2 :
Soupape de purge électromagnétique
Pour éviter toute formation de condensat dans les conduites, il
faut évacuer la totalité du condensat. Les périodes d’ouverture
de l’électrovanne, réglables en fonction des cas, permettent de
garantir une évacuation parfaite du condensat.
En été, il se forme davantage de condensat qu’en hiver, en
raison de l’humidité élevée. Si les périodes et les intervalles
d’ouverture sont adaptés à des conditions estivales, les basses
températures seront à l’origine de grandes pertes de pression,
car l’electrovanne restera ouverte trop longtemps, une grande
quantité d’air comprimé étant évacuée en même temps que le
condensat.
Pour minimiser les pertes de pression, les cycles d’ouverture
de l’électrovanne doivent être toujours adaptés aux conditions
climatiques en présence.
Le temps n’étant pas toujours constant, il n’est donc pas
possible d’optimiser les intervalles et les périodes d’ouverture
de manière à éviter totalement les pertes d’air comprimé : il
restera du condensat dans le système d’air comprimé ou de
l’air comprimé sera évacué.
Caractéristiques
– Grande sécurité de fonctionnement
Le système fonctionne en toute fiabilité, même lorsque le
condensat 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 est
activée, même si de l’air comprimé n’est pas nécessité (le
week-end par exemple).
103
Elimination du condensat
6.2.4
Evacuateur de condensat à mesure
de niveau électronique
Fonctionnement
1
3
Ni2
Ni1
4
5
Le condensat est collecté dans un réservoir prévu à cet effet.
Dès que le détecteur de niveau capacitif Ni2 annonce que le
niveau de remplissage maximum est atteint, une électrovanne
ouvre une conduite pilote. La pression est relâchée sur le
diaphragme de la soupape et la conduite d’évacuation est
ouverte. La surpression qui règne dans le boîtier comprime le
condensat dans la conduite d’évacuation pour l’expédier au
système de traitement.
Dès que le niveau atteint le détecteur de niveau Ni1, le système
électronique ferme l’électrovanne. Le diaphragme de la soupape
est fermé avant que l’air ne s’échappe.
2
Caractéristiques
6
– Grande sécurité de fonctionnement
Le système fonctionne parfaitement, même en présence de
condensats problématiques.
Ni2
2
7
Ni1
– Section importante
Les impuretés grossières et les grumeaux sont évacués sans
difficulté.
– Pas de pertes de pression
– Connexion électrique nécessaire
8
1
2
3
4
5
6
7
8
=
=
=
=
=
=
=
=
Conduite d’entrée
Collecteur
Conduite pilote
Electrovanne
Diaphragme de soupape
Détecteur de niveau
Siège de soupape
Conduite d’évacuation
Figure 6.3 :
Evacuateur de condensat à mesure de niveau
électronique
104
– Domaines d’applications flexibles
Le système s’adapte automatiquement aux conditions
d’exploitation en présence (par ex. viscosité différente du
condensat et variations de pression).
– Fonction d’alarme
Si un dérangement intervient lors de l’évacuation du
condensat, le mode Alarme se déclenche au bout de 60
secondes. L’électrovanne ouvre alors le diaphragme de la
soupape à intervalles déterminés.
– Signal d’erreur externe
Une diode lumineuse rouge clignote et un signal sans
potentiel est activé.
– Grande gamme de performances
Elimination du condensat
6.2.5
Evacuateur de condensat à
flotteur à niveau par mesure du
niveau de remplissage
7
Le niveau de condensat dans le collecteur baisse et la
commande ferme la sortie avant que de l’air comprimé ne
s’échappe au bout d’une période préréglée t. Si le niveau de
condensat n’atteint pas le contact 1 au bout de la période t,
l’ouverture de purge est ouverte à intervalles réguliers, puis
refermée à l’issue de périodes d’ouverture définies. Il est ainsi
garanti que le réservoir de condensat est entièrement vidé.
3
2
6
1
5
4
Le condensat est récupéré dans le collecteur de l’évacuateur
de condensat. Un flotteur repose sur le condensat et se déplace
le long du guide qui équipe le collecteur. Sur ce guide, trois
contacts saisissent le niveau de remplissage dans le collecteur
de manière électronique. Dès que le flotteur atteint le contact
2, la commande électrique ouvre une électrovanne. La pression
est relâchée sur le diaphragme de la soupape via une conduite
pilote et la conduite d’évacuation est ouverte. La pression qui
règne dans le système éjecte le condensat hors de l’évacuateur
de condensat via une conduite verticale.
Lorsque le niveau de condensat atteint le contact 3, la
commande déclenche l’alarme. Les intervalles de commutation
et les périodes d’ouverture restent inchangés.
1
3
Caractéristiques
2
1
2
3
4
5
6
7
=
=
=
=
=
=
=
Collecteur
Flotteur de niveau
Guide
Conduite verticale
Diaphragme de soupape
Electrovanne
Conduite pilote
– Cycles de nettoyage variables en fonction du temps
Le condensat ne sèche pas, même à l’issue de périodes
d’arrêt prolongées.
– Pas de pertes de pression
– Connexion électrique nécessaire
Figure 6.4 :
Evacuateur de condensat à flotteur à niveau par
mesure du niveau du remplissage
105
Elimination du condensat
6.3
Traitement du condensat
Le condensat produit par les compresseurs lubrifiés par huile
contient, selon les saisons, une quantité d’huile comprise entre
200 et 1000 mg/l. C’est-à-dire que le condensat se compose
environ de 99% d’eau et de 1% d’huile seulement. La loi
considère cependant ce condensat comme une eau usée
contenant de l’huile. En tant que telle, il est interdit de l’évacuer
dans les égouts. Le § 7 de la loi sur le régime des eaux (en
Allemagne) fixe les exigences appliquées en matière de propreté
des eaux résiduelles. Elle prescrit que la teneur en substances
nuisibles contenues dans les eaux usées soit maintenue au
seuil aussi bas que les „règles techniques généralement
reconnues“ le permettent. Ces règles ont été définies par le
gouvernement allemand dans le cadre des règlements généraux
administratifs.
Selon l’ATV (association de technique des eaux à but non
lucratif), fiche de travail A 115, la teneur maximale en huile
résiduelle dans l’eau est actuellement de 20 mg/l. Les autorités
locales ont cependant le dernier mot à ce sujet. Dans certains
cas, les valeurs constatées restent largement en dessous de
20 mg/l d’huile résiduelle.
Cela signifie que le condensat doit être éliminé ou traité de
manière appropriée.
Elimination
L’élimination du condensat par une entreprise spécialisée est
relativement sûre, mais compliquée et très onéreuse. Les frais
d’élimination s’élèvent généralement à 500 DM par m³ de
condensat. Les frais à engager pour les réservoirs homologués
et les conduites viennent s’y greffer.
Traitement sur site
En raison du pourcentage d’eau élevé présent dans le condensat
huileux, il est toujours préférable de le traiter sur site. L’eau
ainsi traitée peut être évacuée dans les égouts. L’huile séparée
est éliminée en même temps que l’huile usagée.
Les séparateurs de liquides légers spécifiés dans la norme
DIN 1999, et les séparateurs centrifuge simples ne permettent
pas d’obtenir les valeurs limites prescrites par le législateur.
Les séparateurs huile-eau sont des appareils parfaitement
adaptés pour effectuer un traitement conforme à la législation.
106
Elimination du condensat
6.3.1
1
Séparateur huile-eau
2
4
5
6
8
9
Le séparateur huile-eau est parfaitement adapté pour traiter le
condensat qui se forme lors de la compression dans les
compresseurs à vis refroidis par injection d’huile, ainsi que dans
les compresseurs à pistons à 1 et 2 étages.
Le séparateur huile-eau sépare sans difficulté le condensat
produit par les compresseurs à pistons et à vis, à condition que
l’huile ne forme pas une émulsion.
Fonctionnement
huile
3
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
10
Entrée du condensat
Chambre de décharge de pression
Réservoir de récupération d’impuretés
Tuyau de trop-plein
Détecteur de niveau
Préfiltre
Filtre par adsorption
Trop-plein d’eau
Trop-plein d’huile réglable en hauteur
Vanne de prélèvement d’échantillons
Figure 6.5:
Schéma fonctionnel d’un séparateur huile-eau
Le condensat huileux est amené dans la chambre de décharge
de pression du séparateur huile-eau. La surpression qui se forme ne provoque pas de tourbillon dans le réservoir de séparation.
Les impuretés transportées par le condensat s’amassent dans
le collecteur d’impuretés enlevable.
En raison de sa faible densité spécifique, l’huile remonte à la
surface du réservoir de séparation. Elle est amenée dans le
réservoir de récupération d’huile par le biais d’un trop-plein d’huile
réglable en hauteur, et est ainsi disponible pour le traitement.
Le condensat pré-nettoyé passe dans un préfiltre qui retient les
dernière gouttelettes d’huile. Finalement, un filtre d’adsorption
lie les dernières particules d’huile.
Remarque
Tous les systèmes de séparation huile-eau sont des installations
de traitement des eaux qui doivent faire l’objet d’une
homologation officielle. Le séparateur huile-eau devrait porter le
symbole de modèle type afin d’éviter une procédure
d’homologation longue et coûteuse. Il suffit alors de l’enregistrer
auprès de l’administraion compétente.
Caractéristiques
– Contrôle hebdomadaire du filtre
Un échantillon de condensat est comparé à un liquide de
référence. Il est nécessaire de remplacer le filtre lorsque la
limite d’opacité admissible est atteinte.
– Pas de séparation des émulsions huile-eau
Ces émulsions stables doivent être soumises à un traitement
spécial dans un système de séparation des émulsions.
Figure 6.6 :
Séparateur huile-eau
107
Besoins en air comprimé
7.
Besoins en air
comprimé
La première étape de la conception d’une station de
compresseurs et du réseau de conduites correspondant consiste
à déterminer la consommation d’air, et par conséquent le débit
que devra déliver le compresseur.
La consommation totale est le premier facteur à déterminer
pour dimensionner une station de compresseurs. La
consommation d’air comprimé des différents consommateurs
est additionnée et adaptée aux conditions d’exploitation grâce
à différents multiplicateurs. Le compresseur peut être alors
choisi en fonction du débit déterminé.
On procède de la même manière pour dimensionner les
conduites. Le type et le nombre de consommateurs raccordés
à un faisceau de conduites est tout d’abord déterminé. La
consommation d’air comprimé des différents appareils est
additionnée et corrigée grâce aux multiplicateurs correspondants.
La section du réseau de distribution peut être dimensionnée
sur la base de ces résultats.
Il faut également tenir compte des pertes de pression lorsque
l’on définit la consommation d’air comprimé.
7.1
Consommation d’air
comprimé des appareils
pneumatiques
Il est souvent difficile de déterminer la consommation d’air totale en raison du manque d’informations disponibles sur certains
appareils. Dans ce chapitre, les valeurs relatives à la
consommation d’air des différents composants seront fournies
à titre indicatif.
Les informations données sur la consommation d’air comprimé
des différents appareils sont des valeurs moyennes. Veuillez
considérer les indications de consommation fournies par les
constructeurs pour effectuer des calculs exacts.
7.1.1
Consommation d’air comprimé des
buses
Les buses présentent diverses formes adaptées à différentes
utilisations. Leur consommation n’est donc pas uniforme et
dépend de plusieurs facteurs :
– diamètre de la buse
Plus le diamètre de la buse est important, plus la
consommation d’air comprimé est élevée.
– pression de travail de la buse
Plus la pression de travail est élevée, plus la consommation
d’air comprimé est importante.
– forme de la buse
Une buse présentant un orifice de passage cylindrique simple consomme beaucoup moins qu’une buse conique ou de
Laval (buse d’expansion).
– qualité de surface de l’ouverture d’échappement
Il est possible d’évacuer davantage d’air comprimé lorsque
la qualité de surface est très élevée (surface très lisse,
sans rayures ni aspérités).
– vaporisation ou soufflage
La consommation d’air comprimé augmente si l’air est utilisé
comme moyen de transport (peinture, sable, etc.).
108
Besoins en air comprimé
7.1.1.1
Consommation d’air comprimé des
buses cylindriques
Les buses à ouverture cylindrique simples (pistolet à air par
exemple) génèrent des tourbillons et des turbulences
importantes lorsque l’air comprimé est éjecté. La vitesse
d’écoulement de l’air comprimé est ainsi réduite. La
consommation d’air comprimé est comparativement faible.
Le tableau suivant fournit des valeurs de référence relatives à
la consommation d’air comprimé des buses cylindriques en
fonction de la pression de travail et du diamètre de buse :
Figure 7.1 :
Pistolet à air
∅
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
Pression de travail [bar]
Les consommations d’air indiquées dans le tableau sont
exprimées en l/min.
109
Besoins en air comprimé
7.1.1.2
Consommation d’air comprimé
des pistolets à peinture
La peinture appliquée au moyen d’un pistolet à peinture doit
être régulière et ne pas produire de gouttes. C’est pourquoi les
buses des pistolets à peinture sont conçues pour un débit à
expansion sans turbulences à vitesse de sortie élevée. La
consommation d’air comprimé est par conséquent largement
supérieure à celle constatée sur les buses cylindriques.
La consistance et la quantité de peinture à appliquer détermine
la pression de travail et le diamètre des buses du pistolet à
peinture. Ces deux valeurs influencent dans une large mesure
la consommation d’air comprimé.
Figure7.2 :
Pistolet à peinture avec réservoir
Les pistolets à peinture sont équipés de différentes buses. Elles
peuvent être plates, larges et rondes. Les diverses formes de
buses influencent l’application de la peinture. Elles se
différencient également au niveau de la consommation d’air
comprimé. La forme du jet peut être réglée sur la majorité des
pistolets à peinture.
Le tableau suivant fournit des valeurs de référence relatives à
la consommation d’air comprimé des pistolets à peinture en
fonction de la pression de travail, du diamètre de buse et de la
puissance du jet :
∅
buses
[ mm ]
2
0,5
100
115
135
160
0,8
110
130
155
1,0
125
150
1,2
140
1,5
Pression de travail [ bar ]
Jet plat et large
3
4
5
6
7
8
185
–
–
180
225
–
–
175
200
240
–
–
165
185
210
250
–
–
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 sont
exprimées en l/min..
∅
buses
[ mm ]
2
Pression de travail [ bar ]
Jet rond
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
–
–
–
–
Les consommations d’air indiquées dans le tableau sont
exprimées en l/min..
110
Besoins en air comprimé
7.1.1.3
Consommation d’air comprimé
des buses de pulvérisation
Lors de la vaporisation, le produit à vaporiser doit arriver sur la
pièce avec une grande énergie cinétique, c’est-à-dire à grande
vitesse. Ceci représente une condition pour obtenir l’effet de
travail souhaité.
Les buses sont donc conçues pour résister à des vitesses de
sortie de l’air comprimé très élevées. Il en résulte une
consommation d’air comprimé comparativement élevée.
Le tableau suivant fournit des valeurs de référence relatives à
la consommation d’air comprimé des buses de pulvérisation
en fonction de la pression de travail et du diamètre de buse :
∅
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
–
–
Pression de travail [bars ]
Les consommations d’air indiquées dans le tableau sont
exprimées en l/min.
111
Besoins en air comprimé
7.1.2
Consommation d’air comprimé des
vérins
Les vérins à air comprimé sont surtout utilisés dans le secteur
de l’automatisation. Deux types de vérins permettent de
déterminer la consommation d’air comprimé :
– les vérins à action simple utilisent uniquement l’air comprimé
pour exécuter le déplacement exigé par le cycle de travail.
Le cycle de retour est assuré par une force extérieure ou
par un ressort.
– les vérins à action double se servent de l’air comprimé pour
exécuter un déplacement dans les deux sens. Une force
est exercée pour les deux courses. La consommation d’air
comprimé est deux fois plus élevée.
La consommation d’air comprimé q pour les cylindres à air
comprimé est calculée au moyen de la formule suivante :
q
=
d2 × π
————
4
×H×p×a×b
q = Consommation d’air comprimé (1 barabs et 20°C) [l/min]
Figure 7.3 :
Système de serrage avec vérin pneumatique
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 simple
2 : vérins à action double
Exemple
Un vérin à action simple dont le piston présente un diamètre de
100 mm doit fonctionner à une pression de service de 7 barabs.
La course du piston est de 120 mm, 47 cycles de travail sont
exécutés par minute.
112
d
= 100 mm
^
=
1
dm
H
= 130 mm
^
=
1,3 dm
p
= 7
a
= 47
b
= 1
12 ´ p
————
4
q
=
q
= ca. 336 l/min
´ 1,3 ´ 7 ´ 47 ´ 1
barabs
Ce vérin à air comprimé consomme approximativement 336
litres d’air comprimé par minute.
Besoins en air comprimé
7.1.3
Consommation d’air comprimé
des outils
Dans l’industrie et l’artisanat, les outils à air comprimé font
partie des consommateurs d’air comprimé les plus utilisés. Ils
sont présents presque partout en grand nombre.
Ils nécessitent généralement une pression de 6 bar. Selon leur
domaine d’emploi et leur puissance, d’autres pressions de
travail seront utilisées. Dans ce cas, la consommation d’air
comprimé diverge également des valeurs indiquées dans le
tableau.
Figure 7.4 :
Tournevis à percussion pneumatique
Le tableau suivant fournit des valeurs à titre indicatif relatives
à la consommation d’air comprimé de certains consommateurs.
Elles peuvent diverger des données fournies par les
constructeurs, car il s’agit uniquement de valeurs moyennes.
Appareil
Pression de travail 6 bars
Consommation d’air
[l/min.]
Perceuse
Tournevis
Tournevis à
percussion
forets jusqu’à 4 mm ∅
4 à 10 mm ∅
10 à 32 mm ∅
M3
M4 à M5
M6 à M8
M10 à M24
Ponceuse d’angles
Ponceuse à
vibrations
Agrafeuse,
machine à agrafer
200
à
1000
300
à
700
/4 feuille
/3 feuille
1
/2 feuille
250
300
400
1
Pinces de serrage 6 à 8 mm ∅
8 à 20 mm ∅
200
à
450
à 1750
180
250
420
1
Ponceuse à bande
Meuleuse portative
200
450
300
à
400
300
1500
à
à
1000
3000
10
à
60
113
Besoins en air comprimé
Appareil
Pression de travail 6 bar
Cloueur
Consommation d’air
[ l/min ]
50
Scie sauteuse (bois)
114
à
300
300
Ciseau à plastique et textiles
250
à
350
Cisaille à tôles
Biseauteuse (bois et plastique)
Chanfreineuse (phases des points de soudure)
400
250
2500
à
à
à
900
400
3000
Machine à décaper la rouille
250
à
350
Dérouilleur à aiguilles
100
à
250
Marteau universel léger
Marteau à river, marteau burineur et marteau à mater
Marteau piqueur et marteau de démolition léger
Marteau piqueur et marteau de démolition lourd
Marteau-bêche
Marteau perforateur
150
200
650
900
500
à
à
à
–
à
à
380
700
1500
3000
1500
3000
Pilon (fonderies)
Pilon (béton et terre)
Agitateur (intérieur et extérieur)
400
750
500
à
à
à
1200
1100
2500
Besoins en air comprimé
7.2
Détermination de la
consommation d’air
comprimé
Il ne suffit pas d’additionner la consommation d’air comprimé
des différents consommateurs d’air pour déterminer les besoins
d’un réseau d’air comprimé. Il faut également tenir compte de
certains facteurs qui influencent la consommation d’air
comprimé.
7.2.1
Durée de fonctionnement moyenne
La majorité des appareils pneumatiques, tels que par exemple
les outils, les pistolets à peinture et les pistolets de soufflage,
ne sont pas utilisés en continu. Ils sont déclenchés et arrêtés
en fonction des besoins. Il est donc important de déterminer la
durée de fonctionnement DF moyenne pour obtenir une
estimation exacte des besoins en air comprimé.
La formule suivante permet de définir la durée de
fonctionnement DF moyenne :
DF
=
Tu
———
Tr
x
100 %
DF = durée de fonctionnement
moyenne
[%]
Tu = Temps d’utilisation
[min.]
Tr = Temps de référence [min.]
Exemple
Un tournevis semi-automatique fonctionne environ 25 minutes
en une heure.
On
Off
DF
=
25
———
60
DF
=
41,6 %
x 100 %
La durée de fonctionnement DF du tournevis est de 41,6 %.
TE
= 25
min.
TR = 60
min.
Figure 7.5
Durée de fonctionnement moyenne
La durée de fonctionnement DF de certains consommateurs
d’air courants est indiquée dans le tableau ci-dessous. Les
valeurs se basent sur des valeurs empiriques générales et
peuvent fortement diverger dans des cas d’utilisation spéciaux.
Consommateur d’air
Durée de fonct. moyenne
Perceuse
Ponceuse
Marteau piqueur
Pilon
Machine à mouler
Pistolet de soufflage
Machine à équiper les
plaques imprimées
30 %
40 %
30 %
15 %
20 %
10 %
75 %
115
Besoins en air comprimé
7.2.2
Facteur de simultanéité
Le facteur de simultanéité f est une valeur empirique basée sur
l’expérience acquise dans le domaine des appareils
pneumatiques qui ne sont pas utilisés simultanément. Le facteur
de simultanéité f est un multiplicateur qui permet d’adapter la
consommation théorique absorbée par un certain nombre de
consommateur aux conditions réelles.
Le tableau ci-dessous fournit des valeurs généralement
reconnues pour le facteur de simultanéité f :
Nombre de consommateurs
Figure 7.6 :
Alimentation de plusieurs consommateurs par un
réseau d’air comprimé
Facteur de simultanéité f
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1,00
0,94
0,89
0,86
0,83
0,80
0,77
0,75
0,73
10
11
12
13
14
15
0,71
0,69
0,68
0,67
0,66
0,64
Le facteur de simultanéité est appliqué aux appareils
pneumatiques suivants :
– buses non automatiques décrites au chapitre 7.1.2
– outils pneumatiques non automatiques décrits au
chapitre 7.1.3
– machines-outils, automates de production et machines
similaires, lorsqu’aucun autre équipement n’est spécifié.
116
Besoins en air comprimé
7.2.3
Définition des besoins en air
comprimé
On sépare les consommateurs en deux groupes pour déterminer
l’ensemble de la consommation d’un réseau d’air comprimé :
– consommateurs d’air comprimé automatiques
– consommateurs d’air comprimé généraux
7.2.3.1
Consommateurs d’air comprimé
automatiques
Consommateurs d’air comprimé automatiques
Le groupe de consommateurs comprend les vérins
pneumatiques automatiques, les machines à fonctionnement
continu et les cycles de travail prolongés nécessitant de l’air
comprimé. Leur consommation individuelle q doit être
considérée dans le calcul des besoins.
Pression de
travail
[bars]
Vérin à air comprimé automatique
Machine de chantier
Quantité
Q [unités]
Consom.
individuelle
q [l/min.]
Qxq
[l/min.]
6
2
336
672
5
1
310
310
Total TQ d’air comprimé exigé par tous les consommateurs automatiques [l/min.]
Σ
982 l/min.
117
Besoins en air comprimé
7.2.3.2
La plupart des cycles de travail ne durent qu’un certain temps.
Une durée de fonctionnement DF moyenne peut être déterminée
pour ces opérations. De plus, ces consommateurs ne sont
généralement pas utilisés simultanément.
Consommateurs d’air comprimé
généraux
La durée de fonctionnement DF moyenne et le facteur de
simultanéité f sont utilisés pour les consommateurs généraux
en tant que multiplicateurs réducteurs lors du calcul.
Consommateurs d’air généraux
Pression de
travail
[bars]
Durée de
fonction.
DF [%]
Pistolet à peinture ∅ 1,5 mm
3
Pistolet de soufflage ∅ 1,0 mm
Quantité
Q x q x DU / 100
Q [unités]
Consom.
individuelle
q [l/min.]
40
1
180
72
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.]
[l/min.]
Σ
Facteur de simultanéité f
0,71
Consommation d’air Tf des consommateurs généraux
7.2.3.3
Consommation d’air comprimé totale
821,5
Tf = f x T
[l/min.]
583,3
La consommation totale d’air comprimé théorique T est la
somme de la consommation des appareils automatiques et
généraux.
T = TQ + Tf
T = 982 + 583,3
T = 1565,3 l/min. = 1,57 m³/min.
La consommation totale d’air comprimé ne peut cependant pas
être considérée pour dimensionner le compresseur et les
canalisations. Pour ce faire, il faut également tenir compte de
certains facteurs supplémentaires.
118
Besoins en air comprimé
7.2.4
Suppléments pour pertes
et réserves
Suppléments
Pertes
Réserves
Marges d’erreurs
[%]
5 à 25
10 à 100
5 à 15
Divers facteurs doivent être également pris en compte pour
calculer le débit réel nécessité par un compresseur à partir de
la consommation totale d’un cer tain nombre de
consommateurs.
Pertes p [ % ]
Les pertes p dues aux fuites et au frottement surgissent dans
toutes les sections du système d’air comprimé. Sur les
systèmes d’air comprimé neufs, 5% du débit total sont mis au
compte des pertes. Avec l’âge, les pertes dues aux fuites et
au frottement augmentent généralement dans le système d’air
comprimé. On peut ainsi constater des pertes atteignant 25%
sur les réseaux âgés.
Réserves r [ % ]
Un système d’air comprimé est dimensionné en fonction de la
consommation d’air comprimé estimée au moment de
l’installation. L’expérience démontre que, la consommation ne
cessant d’augmenter, il est conseillé de tenir compte des
extensions du réseau à moyen et long terme pour dimensionner
le compresseur et la conduite principale. Une extension
ultérieure provoquera sinon des frais inutiles. En fonction des
perspectives, il faudra prévoir une réserve r de 100%.
Marge d’erreurs m [ % ]
La consommation d’air comprimé estimée n’est pas toujours
exacte, malgré un calcul préalable soigneux. Il est rarement
possible de déterminer une valeur exacte en raison de conditions
marginales généralement obscures. Si l’envergure du système
d’air comprimé est insuffisante, il faudra l’agrandir plus tard en
engageant des frais (périodes d’arrêt). Il est conseillé de compter
avec une marge d’erreur m de 5 à 15%.
7.2.5
Débit nécessaire DN
T
= 1826
l/min
p
= 5
%
r
= 10
%
m
= 15
%
Pour calculer le débit nécessaire DN, on ajoute 5% pour les
pertes, 10% pour les réserves et 15% pour la marge d’erreurs
à la consommation totale déterminée T.
DN =
T x ( 100 + p + r + m )
———————————
100
1565 x ( 100 + 5 + 10 + 15 )
DN = —————————————
100
DN =
2035 l/min. = 2,04 m³/min.
Le débit DN nécessaire pour alimenter correctement les
consommateurs d’air représente approximativement 2035 l/min.
Cette valeur constitue la base du dimensionnement du
compresseur et de la conduite principale.
119
Besoins en air comprimé
7.3
Pertes d’air comprimé
La perte d’air comprimé est l’air consommé dans le réseau de
distribution sans qu’aucun travail ne soit exécuté. Dans les
cas 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 mal
installés
– conduites corrodées
7.3.1
Frais provoqués par les pertes d’air
comprimé
Dans un réseau de distribution, les fuites agissent à la manière
de buses par lesquelles l’air comprimé s’échappe à grande
vitesse. Ces fuites représentent des consommateurs continus,
car de l’air comprimé s’échappe 24 heures sur 24. L’énergie
nécessaire pour compenser les pertes d’air comprimé est
considérable. Les pertes ne provoquent pas de préjudices
physiques, mais les frais qui en résultent ont une influence
néfaste 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 par
un orifice de 1 mm de diamètre. Le moteur doit délivrer une
puissance de 0,6 kW pour générer ce débit. A 0,25 DM par
kWh, on obtiendra, selon le rendement du moteur et pour 8000
heures de fonctionnement, des frais supplémentaires de 1350 DM
environ par an.
∅
[mm]
120
Fuite
d’orifice
Taille
Quantité d’air qui
s’échappe à 8 bars
Pertes
Energie
Pécun.
[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
Besoins en air comprimé
7.3.2
Détermination du volume de fuite
Le premier pas à effectuer pour minimiser les pertes d’air
comprimé est de déterminer le volume de fuite VF. Deux
procédés sont utilisés pour ce faire :
7.3.2.1
Détermination des fuites
en vidant le réservoir
La manière la plus simple utilisée pour déterminer le volume de
fuite VF consiste à vider le réservoir d’air comprimé.
La conduite d’alimentation du réservoir d’air comprimé est
fermée. Tous les consommateurs d’air comprimé reliés au
réseau doivent être arrêtés. La pression du réservoir pD baisse
en raison de la fuite à la pression pF. La période t est mesurée.
La formule suivante permet de calculer approximativement le
volume de fuite VF :
VR
VF
VR x ( p D - p F )
———————
t
=
VF
①
V R = 1000
l
pD
= 8
bar
pF
= 7
bar
t
= 2
min.
pD
VF =
Volume de fuite
pF
VR =
Volume du réservoir
pD
=
Pression de départ du réservoir [bars]
pF
=
Pression finale du réservoir
[bars]
t
=
Période mesurée
[min.]
[l/min.]
[l]
Exemple
Un réservoir d’air comprimé installé dans un important système
de conduites possède un volume 1000 l. La pression du réservoir
descend de 8 à 7 bars en 2 minutes.
VF =
1000 x ( 8 - 7 )
———————
2
VF =
500 l/min
Le volume de fuite du système d’air comprimé représente environ
500 l/min.
Remarque
Cette méthode ne peut être employée que pour les systèmes
d’air comprimé dans lesquels le volume du réseau de conduites
n’excède par 10% de celui du réservoir. La mesure est sinon
trop imprécise.
121
Besoins en air comprimé
7.3.2.2
La deuxième méthode permettant de déterminer le volume de
fuite VF consiste à mesurer la durée de fonctionnement du
compresseur. Cette méthode ne peut être employée que sur
les compresseurs qui fonctionnent de manière intermittente ou
en marche à vide.
Détermination des fuites par
mesure de la durée de
fonctionnement
Tous les consommateurs branchés sur le réseau sont arrêtés.
La fuite provoque une consommation d’air comprimé et la
pression baisse. Le compresseur doit compenser ce volume
de fuite.
Une période de fonctionnement totale Σ t du compresseur est
mesurée sur une période T. Pour obtenir un résultat réaliste, la
période de mesure T doit comprendre au moins 5 démarrages
du compresseur.
[Temps]
La formule suivante permet de déterminer approximativement
le volume de fuite VF :
VF
= 1,65
D × Σ t × 1000
———————
T
m³/min x s x 1000 l
l/min = ——————————
s x m³
[Temps]
D
=
m³/min
Σ t = 30
s
V F = Volume de fuite
T
s
D = Débit du compresseur
= 180
[l/min.]
[m³/min.]
Σ t = Durée de fonct. totale du compresseur [s]
Σ t = t1 + t2 + t 3 + t4 + t 5
T
= Durée de la mesure
[s]
Exemple
Un compresseur délivrant un débit réel D de 1,65 m³/min.
déclenche cinq démarrages pendant une durée
T = 180 secondes. La durée de fonctionnement totale Σ t est
de 30 secondes au cours de la durée de mesure T .
VF
=
1,65 ´ 30 ´ 1000
———–————
180
VF
=
275 l/min
Le volume de fuite du système d’air comprimé est de 275 l/min.
environ.
122
Besoins en air comprimé
7.3.3
Limite des volumes de fuites
Les pertes d’air comprimé sont malheureusement inévitables
dans la majorité des systèmes pneumatiques. Les frais
supplémentaires dus aux fuites réduisent grandement l’efficacité
du système d’air comprimé. Les mesures qu’il est possible
d’adopter pour limiter ces pertes provoquent également des
frais. Ces coûts dépasseront cependant un jour les économies
réalisées sur le plan de la réduction des pertes d’air comprimé.
L’objectif sera donc de stabiliser les pertes d’air comprimé à un
niveau acceptable.
On en déduit les volumes de fuites acceptables sur le plan
économique 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 réseaux
par ex. fonderies, aciéries, chantiers navals, etc.
7.3.4
Mesures à prendre pour limiter
les pertes d’air comprimé
Il doit être demandé aux employés de signaler les fuites et les
dommages constatés sur le réseau auprès des services
responsables. Ces dommages doivent être réparés
immédiatement. Une remise en état du réseau d’air comprimé
sera généralement inutile s’il est entretenu régulièrement. Les
pertes 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 prend
certaines dimensions.
Il est difficile de trouver les petites et très petites fuites. Il n’est
généralement pas possible de les localiser à l’oreille. Dans ce
cas, un produit de test de l’étanchéité ou de l’eau savonneuse
sont appliqué sur les raccords, les dérivations, les vannes,
etc. Des bulles se forment aussitôt aux endroits qui ne sont
pas étanches.
123
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 comprimé
dépassent excessivement les valeurs spécifées dans le
chapitre 7.3.3, il faut envisager de remettre le réseau en état.
Il est nécessaire d’adopter les mesures énumérées ci-dessous
pour limiter les pertes d’air comprimé lorsque le réseau est
remis en état.
– Serrer et refaire l’étanchéité des raccords non étanches.
– Remplacer les soupapes et les coulisseaux non
étanches.
– Remplacer les tuyaux et les raccords de tuyaux non
étanches.
– Souder les points de fuites sur les conduites.
– Moderniser les évacuateurs de condensat.
Remplacer les évacuateurs à flotteur mécaniques et les
électrovannes commandées par minuterie par des
évacuateurs de condensat à réglage de niveau.
– Moderniser le traitement de l’air comprimé.
Libérer l’air comprimé des impuretés nuisibles telles que
l’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 réduit
en raison des dépôts, provoquant une chute de pression.
– Vérifier les accouplements et les raccords de tuyaux.
Les réductions de section provoquent des chutes de
pression.
– Réduction intermittente du réseau.
Isoler les sections inutilisées des gros réseaux au moyen
de robinets-vannes.
124
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.
Détermination de la taille de la station de
compresseurs
8.1
Le type de compresseur
Lorsque l’on installe une station de compresseurs, la première
décision à prendre consiste à choisir le type de compresseur.
Les compresseurs à vis ou à pistons représentent le bon choix
dans la majorité des domaines d’applications.
8.1.1
Compresseurs à vis
Les compresseurs à vis sont particulièrement conseillés dans
certains domaines d’applications.
– Longue durée de fonctionnement DF
Les compresseurs à vis sont particulièrement indiqués
lorsque l’on est en présence d’une consommation d’air
continue sans charges de pointe importantes (DF = 100 %).
Ils sont particulièrement appropriés en tant qu’équipement
de charge de base dans des systèmes de compresseurs.
– Débits élevés
Le compresseur à vis est la variante la plus économique
lorsque des débits importants sont demandés.
– Débit exempt de pulsations
La compression régulière des compresseurs à vis permet
de les utiliser pour alimenter des consommateurs sensibles.
Figure 8.1
Compresseur à vis BOGE, série S
– Les compresseurs à vis fonctionnent économiquement à des
pression 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.
8.1.2
Les compresseurs à pistons ont également leurs domaines
d’applications spéciaux. Ils complètent parfaitement ceux des
compresseurs à vis.
Compresseurs à pistons
– Besoins intermittents
Les compresseurs à pistons sont appropriés pour une
consommation d’air comprimé fluctuante et présentant des
pics de charge. Ils peuvent être utilisés en tant qu’équipement
de charge de pointe dans un système de compresseurs.
Les compresseurs à pistons représentent le bon choix
lorsque les charges varient fréquemment.
– Faibles débits
Les compresseurs à pistons fonctionnent plus
économiquement que les compresseurs à vis lorsque de
faibles débits sont nécessités.
– Les compresseurs à pistons peuvent compresser à des
pression finales élevées.
Les étages de pressions maximales pmax des compresseurs
à pistons sont généralement de 8, 10, 15, 30 et 35 bar.
Figure 8.2 :
Compresseur à piston BOGE sur cuve horizontale
125
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’un
réservoir d’air et d’un dispositif de traitement de l’air comprimé,
l’étape suivante consiste à définir la pression maximale pmax.
La conception (pmax - pmin) de la commande du compresseur, la
pression de travail maximale des consommateurs d’air
comprimé et la somme des pertes de pression dans le réseau
sont les éléments de base permettant de calculer la pression
maximale (pression d’arrêt pmax).
8.2.1
Facteurs influençant la
pression d’arrêt pmax
PR
La pression du réservoir, qui oscille entre pmin et pmax, doit
toujours être plus élevée que la pression de travail des
consommateurs. Des pertes de pression interviennent toujours
dans un système d’air comprimé. Il faut donc tenir compte des
pertes de pression causées par les différents composants du
système.
On considèrera les valeurs suivantes pour déterminer la pression
d’arrêt pmax :
PRT
Pression
Figure 8.3 :
Comportement de la pression dans le réservoir
d’air comprimé
– Réseaux d’air comprimé normaux
≤ 0,1 bar
Le réseau d’air comprimé devrait être conçu de manière à
ce que la somme des pertes de pression ∆ p de la totalité
du 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 par
exemple, une chute de pression ∆ p atteignant 0,5 bar est
admissible.
– Traitement de l’air par un sécheur
Sécheur d’air comprimé à diaphragme avec filtre ≤ 0,6 bar
≤ 0,2 bar
Sécheur d’air comprimé par réfrigération
Sécheur d’air comprimé par adsorption avec filtre ≤ 0,8 bar
– Traitement de l’air comprimé par filtre et séparateur.
≤ 0,05 bar
Séparateur centrifuge
≤ 0,6 bar
Filtre en général
La chute de pression ∆ p due au filtre augmente en cours
d’utilisation en raison de l’encrassement. La limite de
remplacement du filtre est indiquée.
– Conception du compresseur
Compresseurs à vis
Compresseurs à pistons
0,5 - 1 bar
pmax - 20 %
– Réserves
Il se produit toujours des pertes de pression imprévisibles
dans le système d’air comprimé en cours de service. Il est
par conséquent conseillé de planifier des réserves de
pression suffisantes afin d’éviter les pertes de rendement.
126
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’air
comprimé, amortir les pulsations et évacuer le condensat qui
se forme dans le système d’air comprimé. Le réservoir d’air
comprimé doit être correctement dimensionné afin de remplir
parfaitement sa fonction de stockage de l’air comprimé.
8.3.1
Conseils relatifs au volume des
réservoirs d’air comprimé
Le volume du réservoir d’air comprimé VR est déterminé en
premier lieu grâce à des valeurs déterminées en pratique. BOGE
conseille les rapports suivants entre le débit du compresseur
D [l/min.] et le volume du réservoir VR [l] :
– Compresseurs à pistons
VR = D
Un fonctionnement intermittent sera préféré en raison des
propriétés du compresseur.
– Compresseurs à vis
V R = D/3
Un fonctionnement régulier sera préféré en raison des
propriétés du compresseur.
Lorsque le volume du réservoir d’air comprimé a été déterminé,
il faut définir, sur les compresseurs à pistons, la conception du
compresseur, qui résulte de la durée de fonctionnement du
compresseur et des périodes d’arrêt. On obtient ainsi le nombre
de démarrages du moteur du compresseur.
8.3.2
Série normalisée et pressions de
service pour différentes tailles de
réservoirs d’air comprimé
Les réservoirs d’air comprimé sont répartis en différentes classes
de volumes. Il est conseillé de toujours choisir un réservoir
normalisé afin d’éviter les coûts inutiles d’un modèle fabriqué
sur mesure.
Pour des raisons de sécurité, la pression maximale du réservoir
doit toujours être au moins supérieure de 1 bar à la compression
maximale du compresseur. Un compresseur développant 10 bar
sera par exemple équipé d’un réservoir d’air comprimé supportant
11 bar.
Le tableau ci-dessous indique les tailles de réservoirs d’air
comprimé disponibles pour les différentes pressions de service.
Vol. du réservoir
d’air comprimé [l]
Figure 8.4 :
Réservoir d’air comprimé vertical
18
30
50
80
150
250
350
500
750
1000
1500
2000
3000
5000
Pression de service jusqu’à
11 [bar]
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
16 [bar]
36 [bar]
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
127
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.3.3
Le volume de stockage optimal du réservoir d’air comprimé d’un
compresseur peut être défini de manière très précise au moyen
d’une formule.
Volume du réservoir d’air
comprimé d’un compresseur
La formule est idéale lorsque de longues périodes d’arrêt sont
planifiées en mode intermittent. Le volume du réseau d’air
comprimé peut être partiellement incorporé dans le volume du
réservoir.
VR =
D
D × 60 × [ DN/D - ( DN/D )² ]
——————————
DC × ( pmax - pmin )
VR
DN
V R = Volume du réservoir d’air comprimé
D
= Débit du compresseur
[m³/min.]
DN = Débit nécessité
Figure 8.5 :
Compresseur et réservoir d’air comprimé
[m³]
[m³/min.]
DC = Démarrages moteur admissibles/ h
(voir le chapitre 8.4.3)
[1/h]
pmax = Pression d’arrêt du compresseur
[bars]
pmin. = Pres. de déclenchement du compr.
[bars]
Après avoir considéré tous les facteurs présentant une influence,
il est conseillé de vérifier la taille du réservoir déterminée en
fonction du nombre de démarrages du moteur du compresseur.
Il est évident qu’un compresseur démarrera et s’arrêtera plus
souvent si le volume du réservoir VR est faible. Le moteur est
davantage sollicité. Au contraire, si le volume du réservoir VR
est important et le débit reste constant, le moteur du
compresseur démarrera moins souvent. Il sera ménagé.
Une formule simple permet de déterminer le volume du
réservoir d’air comprimé
Compresseur à piston
VR =
D × 15
—-—-—DC × ∆p
Compresseur à vis
VR =
D × 5
—-—-—DC × ∆p
V R = Volume du réservoir d’air comprimé
D
15 ou 5
= Débit du compresseur
[m³/min.]
= Facteur constant
DC = Démarrages moteur admissibles/ h
(voir le chapitre 8.4.3)
∆p = Différence de pression ON/OFF
128
[m³]
[1/h]
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.4
Fréquence de démarrage
du compresseur
La fréquence de démarrage moteur est une valeur importante
dans un système d’air comprimé. Elle est déterminée pour
vérifier si le réservoir d’air comprimé a été bien dimensionné du
point de vue du débit et de la consommation d’air. Pour ce faire,
on calcule la durée de fonctionnement du compresseur tD et sa
période d’arrêt tA, la fréquence de démarrage résulte de la
somme de ces deux valeurs.
8.4.1
Durée d’arrêt du compresseur
Lors de la période d’arrêt tA du compresseur, les besoins en air
comprimé sont couverts par le volume d’air contenu dans le
réservoir d’air comprimé. La pression baisse dans le réservoir
d’air comprimé, de la pression d’arrêt pmax à la pression de
déclenchement pmin. Le compresseur ne délivre pas d’air
comprimé pendant cette période.
La formule suivante permet de calculer la période d’arrêt tS du
compresseur :
tA
tA
=
VR × ( pmax - pmin )
———————
DN
= Période d’arrêt du compresseur
V R = Volume du réservoir d’air comprimé
DN = Débit nécessité
8.4.2
Durée de fonctionnement du
compresseur
[min.]
[l]
[l/min.]
pmax = Pression d’arrêt du compresseur
[bars]
pmin = Pres. de déclenchement du compr.
[bars]
La chute de pression dans le réservoir d’air comprimé est
compensée dès que le compresseur se met en route.
Simultanément, les besoins en air comprimé courants sont
couverts. Le débit D est plus élevé que la consommation d’air
comprimé DN. La pression remonte à pmax dans le réservoir
d’air comprimé.
La formule suivante est utilisée pour calculer la durée de
fonctionnement tD du compresseur :
tD
tD
=
VR × ( pmax - pmin )
————–———
( D - DN )
= Durée de fonct. du compresseur
V R = Volume du réservoir d’air comprimé
[min.]
[l]
DN = Débit nécessité
[l/min.]
D
[l/min.]
= Débit du compresseur
pmax = Pression d’arrêt du compresseur
[bars]
pmin = Pres. de déclenchement du compr.
[bars]
129
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.4.3
Détermination du nombre de
démarrages du moteur
Le nombre maximum de démarrages moteur dépend de la
puissance du moteur d’entraînement, qui subira des dommages
si le nombre maximum de démarrages est excédé.
Pour calculer le nombre de démarrages DC du compresseur, la
durée de fonctionnent tD du compresseur et sa durée d’arrêt tA
sont additionnées, la durée de référence (60 minutes
généralement) est ensuite divisée par le résultat.
Si le résultat obtenu excède le nombre de démarrages
admissibles DC, il faut prévoir un réservoir d’air comprimé de
plus grandes dimensions.
Une deuxième possibilité consiste à élargir la plage de pression
(pmax - pmin).
DC =
60
————
tS + tL
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 démarrages
moteurs admissibles applicables à un moteur électrique sur
une durée d’une heure et en fonction de la puissance du moteur.
130
Puissance du moteur
[kW]
Démarrages moteur admis./h z
[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
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.5
Exemples de configurations
de compresseurs
8.5.1
Exemples de calcul pour
compresseurs à pistons
Au chapitre 7.2.5, un débit nécessité de DN = 2035 l/min. a été
déterminé pour toute une série de consommateurs. La pression
de travail maximale nécessitée s’élève à 6 bars dans cet
exemple. Un compresseur à piston est dimensionné pour ce
cas d’application.
8.5.1.1
Calcul de la pression maximale
pmax
La pression maximale pmax du système d’air comprimé doit être
calculée. En partant de la pression de travail de tous les
consommateurs, il faut tenir compte de tous les composants
présents 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 être
supérieure à cette pression.
Figure 8.6 :
Station de compresseurs comprenant un
compresseur à piston, un réservoir d’air comprimé,
un sécheur d’air comprimé par réfrigération et un
filtre
– 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
(pression d’arrêt du compresseur)
10 bars
131
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.5.1.2
Détermination de la taille du
compresseur
Les compresseurs à pistons sont conçus de manière à disposer
de réserves de l’ordre de 40% environ. Ces réserves sont prévues
pour faire face à d’éventuelles extensions de service et utiliser
le compresseur en mode intermittent. Le mode intermittent
cause une usure moindre.
La durée de fonctionnement DF d’un compresseur à piston est
de 60%. Les compresseurs à pistons BOGE sont conçus pour
une DF de 100% = marche continue. Pour calculer la taille du
compresseur, il faudra par conséquent diviser le débit nécessité
DN par 0,6 afin d’obtenir le débit minimum Dmin délivré par le
compresseur à piston.
Dmin =
Figure 8.7 :
Compresseur à piston BOGE, type RM 3650-213
DN
/ 0,6
Dmin =
2035 / 0,6
Dmin =
3392 l/min
Le choix effectué est le suivant :
Compresseur à piston de type RM 4150-213
8.5.1.3
Volume du réservoir d’air
comprimé
Pression maximale pmax :
10
Débit D
:
3350 l/min.
Puissance du moteur
:
30
kW
⇒
z = 20
Le volume du réservoir d’air comprimé doit être déterminé
conformément aux recommandations de BOGE, débit du
compresseur D = volume du réservoir d’air comprimé VR. Il faut
également tenir compte des différentes tailles de réservoirs d’air
comprimé standard.
D = 3350
132
bar
l/min. ⇒
VR =
3000 l
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.5.1.4
Conception du compresseur
Lorsque le volume du réservoir d’air comprimé a été défini, il est
nécessaire de déterminer les périodes de fonctionnement et
les périodes d’arrêt afin de vérifier le nombre de démarrages
moteur DC.
La formule suivante permet de calculer les périodes d’arrêt tA
du compresseur :
VR
=
3000 l
pmax
=
10
bars
pmin
=
8
bars
DN
=
2035 l/min.
VR × ( pmax - pmin )
———––———
DN
tA
=
tA
3000 × ( 10 - 8 )
= ————————
2035
tA
=
tA
2,95 min.
= Durée d’arrêt du compresseur
V R = Volume du réservoir d’air comprimé
DN = Débit nécessité
[min.]
[l]
[l/min.]
pmax = Pression d’arrêt du compresseur
[bars]
pmin = Pres. de déclenchement du compr.
[bars]
La formule suivante permet de calculer la durée de
fonctionnement tD :
VR
=
3000 l
pmax
=
10
bars
pmin
=
8
bars
D
=
3650 l/min.
DN
=
2035 l/min.
VR × ( pmax - pmin )
————–———
( D - DN )
tD
=
tD
3000 × ( 10 - 8 )
= —————–———
( 3350 - 2035 )
tD
=
tD
4,56 min.
= Durée de fonctionnement du compr.
[min.]
V R = Volume du réservoir d’air comprimé
[l]
DN = Débit nécessité
[l/min.]
D
[l/min.]
= Débit du compresseur
pmax = Pression d’arrêt du compresseur
[bars]
pmin = Pres. de déclenchement du compr.
[bars]
133
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.5.1.5
tA
tD
Le nombre de démarrages du moteur est calculé à partir de la
durée de fonctionnement du compresseur et de sa durée d’arrêt,
et comparé au nombre de démarrages admissibles.
Démarrages du moteur du
compresseur
=
=
2,95 min
4,56 min
Puissance moteur 22 kW ⇒
DC =
60
————
t S + tL
DC =
60
———–——
2,95 + 4,56
DC =
8
z = 25
DC = Démarrages moteur
[1/h]
tD
= Durée de fonctionnement du compr.
[min.]
tA
= Durée d’arrêt du compresseur
[min.]
8 démarrages du moteur par heure restent largement en
dessous 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 des
grandes réserves de démarrages moteur.
Remarque
Si la consommation d’air comprimé n’est pas définie de manière
exacte, on peut considérer, lors du calcul du nombre de
démarrages moteur, que la consommation représente 50% du
débit du compresseur. Dans ce cas, les périodes de
fonctionnement et d’arrêt du compresseur sont identiques. Il
en résulte un nombre maximum de démarrages moteur.
134
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.5.2
Exemples de calcul pour
compresseurs à vis
Dans le chapitre 7.2.5, le débit nécessité DN = 2,04 m³/min. a
été calculé pour un certain nombre de consommateurs. La
pression de travail maximale nécessitée s’élève dans cet
exemple à 6 bars. Un compresseur à vis est dimensionné pour
ce cas d’application.
8.5.2.1
Exemple de calcul de
la pression maximale pmax
La pression maximale du compresseur pmax du système d’air
comprimé doit être calculée. Partant de la pression de travail
des consommateurs, il faudra tenir compte de tous les
consommateurs 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 toujours
être supérieure à cette pression.
– Plage de pression du compresseur à vis
Figure 8.8 :
Station de compresseurs comprenant un
compresseur à vis, un sécheur d’air comprimé par
réfrigération, un réservoir d’air comprimé et un filtre
8.5.2.2
Détermination de la taille du
compresseur
1 bar
–––––––
La pression d’arrêt pmax est au moins
7,9 bars
Pression maximale du compresseur
(pression d’arrêt du compresseur)
8 bars
La durée de fonctionnement optimale DF d’un compresseur à
vis est de 100%. C’est-à-dire que le débit nécessité DN 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
Figure 8.9 :
Compresseur à vis BOGE
Pression max. pmax :
8
Débit
2,42 m³/min.
D
:
Puissance moteur :
15
bar
kW
⇒
z = 25
135
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.5.2.3
D
Le volume du réservoir d’air comprimé est calculé au moyen de
la formule suivante pour les compresseurs à vis. Il faut tenir
compte des différentes tailles de réservoirs d’air comprimé
standard lors du choix.
Dimensionnement du
réservoir d’air comprimé
= 2,42
m³/min
DN = 2,04
m³/min
VR =
DC = 25
1/h
VR =
pmax = 9
bars
pmin = 8
bars
DN
D × 60 × [ DN/D - ( DN/D )² ]
——————————
DC × ( pmax - pmin )
/ D = 0,843
VR =
2,42 × 60 × [ 0,843 - 0,843² ]
——————————————
25 × ( 9 - 8 )
0,77 m³
Volume du réservoir d’air compr. choisi:
VR =
D
0,75 m³
=
750 l
VB = Volume du réservoir d’air comprimé
VR
DN
D
= Débit de tous les compresseurs
[m³]
[m³/min.]
DN = Débit nécessité
Figure 8.10 :
Compresseur et réservoir d’air comprimé
[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 peut être également
déterminé conformément aux recommandations BOGE : débit
du compresseur par rapport au volume du réservoir d’air
comprimé VR = D/3.
D = 2,46
8.5.2.4
136
Fréquence de démarrages du
compresseur
m³/min. ⇒
VR =
0,82 m³
Il est inutile de contrôler la fréquence de démarrages et le
nombre de démarrages moteur max. admissibles sur les
compresseurs à vis BOGE, car le microcontrôleur qui équipe la
commande ARS de BOGE interdit tout dépassement du nombre
de démarrages moteurs admissibles.
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.5.3
Résumé des critères de choix d’un
compresseur
Si une entreprise attend une consommation fluctuante et planifie
un agrandissement ultérieur, il faudra prévoir un compresseur
qui puisse fonctionner en régime intermittent. Un compresseur
à piston est tout indiqué dans ce cas. Si le compresseur doit
couvrir des besoins en air comprimé constants, il sera par contre
conseillé d’utiliser un compresseur à vis.
Ces deux types de compresseurs sont disponibles en version
entièrement insonorisée, prêts à être branchés.
Le choix du système approprié ne devrait pas être lié à des
questions financières, car le prix d’achat est rapidement amorti
lorsque des frais d’exploitation courants sont économisés. Les
frais d’exploitation courants ne sont pas seulement les frais
énergétiques nécessaires pour générer l’air comprimé, mais
aussi 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 par
leur conception réduite et leur réservoir d’air comprimé de
dimensions relativement faibles, doivent passer
automatiquement au ralenti afin d’éviter de nombreux démarrages
du moteur.
La commande ARS favorise toujours le mode intermittent et
des périodes de marche à vide réduites au minimum.
137
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.6
Remarques relatives à la configuration du
compresseur
8.6.1
Rendement et pression de travail
Il est conseillé de toujours respecter la pression de travail des
consommateurs d’air comprimé. Le rendement de ces derniers
diminue de manière disproportionnée lorsque la pression du
réseau pR descend au dessous de la pression de travail.
Dans le tableau ci-dessous, l’exemple d’un outil pneumatique
et d’un marteau perforateur conventionnels montre que la
pression de travail dépend du rendement :
Figure 8.11 :
Tournevis à percussion à entraînement
pneumatique
Pression
réelle
Consom. d’air
comprimé relative
[%]
[%]
[bar]
au raccord
7
6
5
4
Figure 8.12 :
Marteau piqueur sans vanne
Rendement
relatif
Outil
Marteau
Outil
Marteau
120
100
77
55
130
100
77
53
115
100
83
64
120
100
77
56
Exemple
Un vérin pneumatique illustre bien les conséquences résultant
d’une pression réseau trop faible.
La pression de travail nécessaire n’est plus appliquée sur le
vérin pneumatique d’un système de serrage. La force de serrage
du vérin diminue et la pièce n’est plus maintenue avec
suffisamment de force.
Figure 8.13 :
Système de serrage pneumatique
138
En cours d’usinage sur la machine outil, la pièce se détache
du système de serrage. Il en résulte une destruction de la pièce
qui risque même de blesser l’opérateur.
Détermination de la taille de la station de compresseurs
8.6.2
Pression de travail variable
des consommateurs
Lorsque la pression de travail des différents consommateurs
presente de fortes variations, il est nécessaire d’en rechercher
la cause.
Certains consommateurs exigeant peu d’air comprimé
nécessitent une pression de travail beaucoup plus élevée que
d’autres.
Dans ce cas, il est conseillé d’installer une deuxième station
de compresseurs, de moindres dimensions, possédant son propre réseau d’air comprimé et une pression d’arrêt pmax plus
élevée.
La surcompression inutile du volume débité principal du système
d’air comprimé provoque des frais très élevés. Ces coûts
supplémentaires justifient généralement l’installation d’un
deuxième réseau d’air comprimé. Le réseau séparé est
généralement amorti rapidement grâce à la réduction des frais
d’exploitation.
8.6.3
Systèmes composés de plusieurs
compresseurs
L’installation d’un compresseur de grandes dimensions est
avantageuse lorsque la consommation d’air comprimé est élevée
et sujette à d’importantes variations. Un système composé de
plusieurs compresseurs représente une alternative. Une grande
sécurité d’exploitation et un rendement élevé parlent en sa faveur.
Un ou plusieurs compresseurs couvrent les besoins de base
continus en air comprimé (charge de base). Si les besoins
augmentent, d’autres compresseurs se déclenchent à leur tour
(charge moyenne et charge de pointe) jusqu’à ce que le débit
couvre à nouveau les besoins. Lorsque ces derniers diminuent,
les compresseurs sont arrêtés les uns après les autres.
Les configurations de compresseurs (débit) formant un système
de compresseurs sont si variées qu’il est est impossible de
formuler des conseils généraux. La configuration choisie dépend
du comportement de pression de tous les consommateurs
raccordés au réseau.
Avantages
Figure 8.14 :
Schéma d’un système composé de plusieurs
compresseurs
– Sécurité de fonctionnement
Les entreprises largement dépendantes de l’air comprimé
sont en mesure d’assurer leur consommation à tout moment
grâce à un système de compresseurs. Si un compresseur
tombe en panne, ou s’il est nécessaire d’effectuer des travaux
de maintenance, les autres compresseurs se chargent
d’assurer l’alimentation.
– Economie
Plusieurs petits compresseurs parviennent mieux à adapter
la consommation d’air comprimé qu’un seul gros
compresseur. Les économies réalisées sont substantielles.
En mode intermittent, les frais de marche à vide importants
d’un gros compresseur sont remplacés par les faibles coûts
du compresseur de service du système.
139
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 le
débit du compresseur, le système de régulation et la
consommation d’air comprimé. Les réservoirs d’air comprimé
remplissent différentes fonctions au sein du réseau d’air
comprimé.
9.1.1
Stockage de l’air comprimé
Le compresseur accumule un volume de stockage dans le
réservoir. La consommation d’air comprimé peut être
partiellement couverte grâce à ce volume. Le compresseur ne
délivre pas d’air comprimé pendant ce temps. Il reste en
disponibilité sans consommer de courant. De plus, les différents
prélèvements d’air comprimé dans le réseau sont compensés
et les consommations de pointe sont assurées. Le moteur se
met plus rarement en route, son usure étant ainsi réduite.
Figure 9.1 :
Réservoir d’air comprimé horizontal
9.1.2
Amortissement des pulsations
Plusieurs réservoirs d’air comprimé seront éventuellement
nécessaires pour accumuler un volume de stockage suffisant.
Les très gros réseaux d’air comprimé disposent généralement
d’un volume de stockage suffisant. Dans ce cas, il est possible
de choisir des réservoirs d’air comprimé de moindres
dimensions.
Le débit pulsant généré par les compresseurs à pistons est dû
à leur mode de fonctionnement spécial. Ces variations de
pression ont une influence négative sur le fonctionnement des
différents consommateurs. Les équipements de régulation et
les dispositifs de mesure en particulier réagissent à un débit
pulsant en entraînant des dysfonctionnements. Le réservoir d’air
comprimé est utilisé pour compenser ces fluctuations de
pression.
Ce phénomène est moins fréquent sur les compresseurs à vis
car ils génèrent un débit presque régulier.
140
Le réseau d’air comprimé
9.1.3
Evacuation du condensat
Figure 9.2 :
Réservoir d’air comprimé vertical
La compression provoque la transformation de l’humidité
contenue dans l’air sous forme de gouttes d’eau (condensat).
Cette eau est généralement transportée par le volume débité
dans le réservoir d’air comprimé. L’air comprimé y est stocké.
La chaleur, transmise à l’environnement plus froid via la grande
surface du réservoir d’air comprimé, permet à l’air comprimé de
refroidir. La plus grande partie du condensat s’amasse sur les
parois du réservoir. Le condensat est récupéré au fond du
réservoir et évacué grâce aux évacuateurs de condensat
appropriés.
Les réservoirs d’air comprimé vidés sporadiquement peuvent
rouiller sous l’action du condensat. Il faudra galvaniser
entièrement le réservoir d’air comprimé pour lui permettre de
résister 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 une
concentration élevée en éléments agressifs.
9.1.4
Exploitation des réservoirs d’air
comprimé
Les réservoirs d’air comprimé ne doivent être utilisés en continu
qu’avec des compresseurs fonctionnant en mode intermittent.
Les variations de pression ∆ p ne doivent pas excéder 20 % de
la pression de service maximale (pression maximale du
compresseur de 10 bar, ∆p = 2 bar). Dans le cas de variations
plus importantes, des ruptures de fatigue peuvent se produire
sur les points de soudure à plus ou moins longue échéance. Le
réservoir d’air comprimé doit être alors spécialement conçu pour
résister à une charge pulsatoire.
9.1.5
Installation des réservoirs d’air
comprimé
Il est conseillé d’installer le réservoir d’air comprimé dans un
endroit frais. Le condensat s’amasse davantage dans le réservoir
sans passer par le réseau d’air comprimé, et donc dans le
système de traitement de l’air comprimé.
Les réservoirs d’air comprimé doivent être installés de manière
à être accessibles pour effectuer les contrôles réguliers. Il faut
en outre que la plaque du constructeur soit visible.
Il est conseillé de poser le réservoir d’air comprimé sur son
propre socle en laissant un espace suffisant pour les révisions.
Il faut également tenir compte du fait que la fondation est
soumise à une contrainte plus importante lors des essais de
pression, quand le réservoir est rempli d’eau.
Les réservoirs d’air comprimé doivent être installés de manière
à ce que personne ne soit mis en danger. Respecter les zones
et écartements de sécurité nécessaires.
Les réservoirs d’air comprimé et leurs équipements doivent être
protégés contre les interventions mécaniques extérieures (les
véhicules par exemple), afin d’éviter toute détérioration pouvant
avoir des conséquences dangereuses sur les employés ou de
tierces personnes.
141
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 relatives aux réservoirs sous pression, aux règlements techniques
concernant les réservoirs d’air comprimé et aux règles stipulées dans la norme DIN EN. Ces prescriptions relatives à la
prévoyance contre les accidents sont prescrites par la législation, il est donc impératif de les respecter. L’exploitant d’un
réservoir d’air comprimé a le devoir de s’informer régulièrement
sur les règles de prévention contre les accident les plus récentes.
9.1.6.1
Division en groupes de contrôle
Respecter particulièrement les points suivants extraits du
règlement de prévoyance contre les accidents :
Les réservoirs d’air comprimés sont répertoriés en groupes selon
le § 8 des directives sur les réservoirs d’air comprimé.
( 1 ) Les réservoirs d’air comprimé sont divisés en groupes
en fonction de leur pression de service admissible p en bar et
du contenu de la chambre de pression l en litres (le produit du
contenu de pression p ξ l). Dans le cas de plusieurs chambres
de pression séparées les unes des autres, le produit est défini
pour chacune des chambres de pression.
G
ro
up
e
G
e
e
up
up
ro
ro
G
II
IV
p
p
×
×
l=
10
00
0
20
20
l=
l=
×
G
e
e
up
up
ro
ro
G
II
I
Pression de service pS [bar]
III
p
Volume de la chambre de pression l [dm³]
Figure 9.3 :
Diagramme illustant les différents groupes de
réservoirs d’air comprimé
Groupe I
: réservoirs d’air comprimé prévus pour une pression
de service admissible p de 25 bar max., le contenu
de pression p ξ l n’excédant pas 200.
Groupe III : réservoirs d’air comprimé prévus pour une pression
de service admissible p de 1 bar max., le produit
de contenu de pression p ξ l excèdant 200 sans
dépasser 1000 ( p > 1 bar et 200 < p ξ l ≤ 1000 ).
Groupe IV : réservoirs d’air comprimé prévus pour une pression
de service admissible p de 1 bar max., le produit
de contenu de pression p ξ l excédant 1000 ( p >
1 bar et p ξ l > 1000 ).
142
Le réseau d’air comprimé
9.1.6.2
Fabrication des réservoirs d’air
comprimé
Les „réservoirs d’air comprimé simples non ionisés“ prévus pour
une pression de service comprise entre 0,5 et 30 bar de
surpression, un produit de contenu de pression p × l atteignant
10 000, (réservoir jusqu’à 750 l, 11 bar ou 500 l, 16 bar ) et un
manteau cylindrique avec deux embases sont fabriqués
conformément à la directive européenne 87/404 CEE. Ils sont
accompagnés du sigle CE et d’une plaque de réservoir. Ils
peuvent donc être utilisés dans tout l’espace européen sans
égards supplémentaires relatifs aux prescriptions nationales.
Les réservoirs d’air comprimé dont le produit de contenu de
pression p × l excède 10 000 doivent être fabriqués
conformément aux prescriptions nationales.
9.1.6.3
Devoir d’enregistrement
et de surveillamce
Le règlement de prévention contre les accidents stipule que les
réservoirs d’air comprimé doivent être soumis à des contrôles,
effectués par des experts ou des agents spécialisés, sur le
site d’installation avant d’être mis en service (TRB 531, § 6 ), et
à intervalles réguliers après la mise en service. Les réservoirs
d’air comprimé doivent être enregistrés auprès des autorités
des services techniques sur présentation du certificat de
réservoir 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 hydraulique
avec de l’eau lorsque le modèle est enregistré. Les réservoirs
individuels, pour lesquels aucun modèle n’est enregistré, doivent
être contrôlés en présence d’un expert.
9.1.6.4
Experts et personnes spécialisées
selon les § 31 et 32 des directives
allemandes sur les réservoirs d’air
Les experts sont définis dans le § 31 des directives allemandes
sur 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 contre
les accidents.
Les experts définis dans le § 32 des directives allemandes sur
les réservoirs d’air comprimé sont ceux qui,
– en raison de leur formation, de leurs connaissances et de
l’expérience acquise au cours de leur activité professionnelle,
sont en mesure de garantir un contrôle effectué
correctement.
– possèdent les qualifications requises.
– ne sont soumis à aucunes pressions ou directives
extérieures pendant l’exercice de leurs fonctions.
– disposent de leur propre équipement de contrôle si
nécessaire.
– sont en mesure de certifier à l’appui des documents
appropriés qu’ils ont suivi une formation officielle ou reconnue
par l’état et certifient qu’il remplissent les conditions
énoncées sous le premier point.
L’expert doit pouvoir être en mesure de démontrer ses capacités
sur demande de l’autorité compétente.
143
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 à
intervalles réguliers des réservoirs d’air comprimé sont soumises
à la juridiction nationale. Dans le § 9 des directives relatives
aux réservoirs d’air comprimé, l’inspection doit être effectuée
avant la mise en service. Le § 10 règle les inspections
périodiques.
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 été
vérifié par un expert, et que ce dernier a certifié que le réservoir
est 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 liquides combustibles, caustiques ou toxiques, ou du groupe II,
ne peut être mis en service que s’il satisfait aux conditions
suivantes :
1. le fabricant a soumis le réservoir d’air comprimé à un essai
de pression et délivré le certificat spécifiant que le réservoir
a été fabriqué correctement et que le résultat de l’essai de
pression confirme qu’il satisfait aux exigences demandées.
2. un expert a soumis le réservoir d’air comprimé à un essai
de réception et certifié qu’il satisfait aux exigences
demandées dans le cadre de cet essai.
( 3 ) L’inspection initiale comprend l’inspection préliminaire,
l’inspection de construction et un test de pression. L’inspection
finale comprend le test de service, le contrôle des équipements
et la vérification de l’installation.
144
Le réseau d’air comprimé
Inspections périodiques, § 10
( 1 ) Les inspections périodiques stipulées dans le paragraphe
4 doivent être réalisées par des experts sur les réservoirs d’air
comprimé 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 les
liquides inflammables, caustiques ou toxiques, et des groupes
II, III et IV doit être vérifié périodiquement à des intervalles définis
par l’exploitant, sur la base des expériences réalisées en fonction
du mode d’exploitation et du milieu.
( 3 ) Les inspections périodiques consistent à effectuer des
tests internes et des essais de pression. Si le réservoir est
exposé à un échauffement (flamme, gaz d’échappement, source
électrique), l’inspection périodique est accompagnée d’essais
externes, généralement sur les réservoirs d’air comprimé en
service. Les essais internes spécifiés dans la phrase 1 doivent
être accompagnés ou remplacés par d’autres essais appropriés
s’il n’est pas possible d’effectuer la totalité des essais internes. Les essais de pression cités dans la phrase 1 doivent être
remplacés par des essais non destructifs s’il n’est pas possible
de les réaliser en raison du type de réservoir d’air comprimé, ou
si son mode de fonctionnement les rend inutiles.
( 4 ) Les essais internes sur les réservoirs d’air comprimé
faisant partie des groupes IV et VII doivent être répétés tous
les cinq ans, les essais de pression tous les dix ans, les tests
externes tous les deux ans. L’autorité de contrôle a la liberté
de
1. prolonger ces périodes au cas par cas si la sécurité est
garantie par d’autres moyens, ou
2. de raccourcir ces périodes au cas par cas pour assurer la
sécurité 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’expiration
des essais périodiques que si les essais sont effectués dans
les délais impartis, et si l’expert a confirmé, à l’appui des
résultats de l’essai, que le réservoir d’air comprimé satisfait
aux exigences demandées.
( 11 ) Si l’expert constate que le réservoir d’air comprimé ne
se trouve pas en parfait état, il est demandé à l’autorité
responsable de prendre une décision.
145
Le réseau d’air comprimé
9.1.6.6
Types d’inspections
Les tests réguliers, réalisés aux frais des exploitants, sont
effectués de la manière suivante par des experts ou des
professionnels :
Test interne (tous les 5 ans)
Le réservoir d’air comprimé est coupé du réseau et n’est plus
sous pression. L’ouverture d’inspection est ouverte et l’intérieur
du réservoir est soigneusement nettoyé. Les parois métalliques
doivent être parfaitement propres. L’expert vérifie l’état intérieur
du 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 plus
sous pression. Les accessoires de tuyauterie sont dévissés et
les ouvertures sont refermées avec des bouchons. Le réservoir
d’air comprimé est entièrement rempli d’eau, la pompe à main
est raccordée pour le test de pression. Le réservoir d’air
comprimé est ensuite porté à la pression de service au moyen
de la pompe à main, son étanchéité est vérifiée par l’expert.
9.1.6.7
Extraits suplémentaires de la
directive relative aux réservoirs
d’air comprimé
Exploitation des réservoirs d’air comprimé, § 13
( 1 ) L’exploitant d’un réservoir d’air comprimé doit s’assurer
que le réservoir reste toujours en parfait état de fonctionnement.
Il faut en outre qu’il l’utilise correctement, qu’il le contrôle, le
soumette aux opérations de maintenance et d’entretien et prenne
les mesures de protection appropriée.
Justificatif d’inspection et liste des réservoirs d’air comprimé, § 14
( 1 ) La plaquette de l’inspection initiale doit être apposée en
évidence sur les réservoirs d’air comprimé.
( 2 ) Lorsqu’un réservoir d’air comprimé faisant partie des
groupes IV ou VII est utilisé, il faut ouvrir un cahier contenant
le récapitulatif détaillé des contrôles périodiques et
éventuellement des essais extraordinaires effectués par les
experts. Les certificats délivrés par les experts lors de
l’inspection initiale et de l’inspection finale, ainsi que les
documents correspondants (croquis, attestations sur les
matériaux et traitement thermique), doivent accompagner le
cahier ou le dossier de contrôle.
146
Le réseau d’air comprimé
9.1.7
Accessoires nécessaires sur le
réservoir d’air comprimé
4
1
Le réservoir d’air comprimé ne se compose pas uniquement du
réservoir en acier. Un certain nombre d’accessoires de
tuyauterie sont nécessaires pour assurer son fonctionnement
et garantir la sécurité exigée.
– Pressostat
Il permet de commander le compresseur.
6
– Soupape anti-retour
Il faut toujours installer une soupape anti-retour dans la
conduite d’alimentation reliant le compresseur au réservoir
d’air comprimé. Sur les compresseurs à pistons, elle permet
d’éviter le refoulement de l’air comprimé dans le compresseur
lors des arrêts. Sur les compresseurs à vis, la soupape
anti-retour est intégrée dans le système.
5
8
– Soupape de sécurité
L’installation d’une soupape de sécurité sur le réservoir d’air
comprimé est prescrite par la loi. Lorsque la pression
intérieure du réservoir pR (pression réseau) excède la pression
nominale de 10%, la soupape de sécurité est ouverte pour
évacuer la surpression.
3
9
– Bride de contrôle
Le service technique raccorde un manomètre étalonné sur
la bride de contrôle.
– Manomètre
Le manomètre indique la pression qui règne à l’intérieur du
réservoir.
7
2
10
1
2
= Pressostat
= Soupape anti-retour ou
robinet d’arrêt à boisseau
3 = Soupape de sécurité
4 = Bride de contrôle
5 = Manomètre
6 = Robinet d’arrêt à boisseau
7 = Evacuation du condensat
8 = Support des accessoires de
tuyauterie
9 = Ouverture de contrôle
10 = Tuyau haute pression
Figure 9.4 :
Réservoir d’air comprimé et accessoires de
tuyauterie
– Robinet de fermeture à boisseau
Ce robinet isole le réservoir d’air comprimé du réseau d’air
comprimé ou du compresseur.
– Evacuation du condensat
Du condensat se produit dans le réservoir d’air comprimé. Il
faut donc qu’une ouverture appropriée soit disponible pour
l’évacuer.
– Ouverture de contrôle
L’ouverture de contrôle peut se présenter sous la forme d’un
manchon, d’une bride à trou d’homme ou d’un regard de
visite. Elle permet de vérifier et de nettoyer l’intérieur du
réservoir. La taille minimum de l’ouverture d’inspection est
prescrite par la loi.
– Tuyau haute pression
Le tuyau souple à haute pression relie le réservoir d’air
comprimé au compresseur. Il est utilisé à la place d’un tuyau
rigide pour que les éventuelles vibrations produites par le
compresseur ne soient pas transmises au réseau d’air
comprimé, ou pour compenser les écarts de mesure lors du
raccordement au réseau d’air comprimé.
Le pressostat, le tuyau souple haute pression et la soupape
antiretour ne sont pas des accessoires typiques aux réservoirs
d’air comprimé. Il est cependant judicieux de les monter sur le
réservoir.
147
Le réseau d’air comprimé
9.1.7.1
Soupape de sécurité
L’installation d’une soupape de sécurité sur le réservoir d’air
comprimé 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 réservoir
d’air comprimé (par ex. pression maximale du compresseur de
10 bar, pression de service du réservoir 11 bar), la soupape de
sécurité doit s’ouvrir lentement.
Dès que la pression du réseau atteint 1,1 fois la pression nominale (par ex. pression du réservoir 11 bar, soupape de sécurité
12,1 bar), la soupape de sécurité doit s’ouvrir entièrement et
évacuer la pression. Il faut s’assurer que la section de l’orifice
d’évacuation de la soupape de sécurité soit dimensionnée de
manière à ce que le débit complet de tous les compresseurs
raccordés puisse être évacué sans que la pression continue à
monter dans le réservoir.
Figure 9.5 :
Soupape de sécurité sur la cuve mixte air
comprimé/huile d’un compresseur à vis lubrifié par
injection d’huile
Le nombre de compresseurs augmente si un réseau d’air
comprimé existant est agrandi ultérieurement. Dans ce cas, il
ne faut pas omettre de modifier la soupape de sécurité en
conséquence. Si la soupape de sécurité n’est plus en mesure
d’évacuer le débit total des compresseurs, la pression de service
augmente dans le réservoir d’air comprimé. Dans le pire des
cas, le réservoir d’air comprimé explosera.
Inspection de sécurité
Il est nécessaire de vérifier si la soupape de sécurité est bien
dimensionnée lorsqu’une station de compresseurs est agrandie.
Figure 9.6 :
Symbole de la soupape de sécurité
148
Le réservoir d’air comprimé est coupé du secteur. Les
manomètres sont pontés de manière à ce que les compresseurs
ne puissent plus être arrêtés automatiquement.
La pression du réservoir monte jusqu’à ce que la soupape de
sécurité se déclenche. Il ne faut pas que la pression du réservoir
dépasse 1,1 fois la valeur limite (par ex. pression du réservoir
de 11 bar, soupape de sécurité de 12,1 bar). Si cela se produit,
la soupape de sécurité présente des dimensions insuffisantes
et doit être remplacée.
Le réseau de distribution
9.2
Le réseau de distribution
Un système d’alimentation en air comprimé central nécessite
un réseau de distribution qui soit en mesure d’alimenter les
différents consommateurs en air comprimé. Le réseau doit
remplir certaines conditions pour garantir le fonctionnement
fiable et économique des consommateurs :
– Débit suffisant
Chaque consommateur du réseau de distribution doit disposer à tout moment de la quantité d’air nécessaire à son
fonctionnement.
– Pression de travail suffisante
La pression de travail nécessaire au fonctionnement des
consommateurs du réseau doit être disponible à tout moment.
– Qualité de l’air comprimé
La qualité d’air requise doit être fournie à tout instant à
chacun des consommateurs du réseau.
– Faible chute de pression
La chute de pression dans le réseau de distribution doit
rester aussi faible que possible pour des raisons
économiques.
– Sécurité de fonctionnement
L’alimentation en air comprimé doit être assurée avec le
plus de sécurité possible. Il ne faut pas que tout le réseau
soit immobilisé si une conduite se rompt, lors des opérations
de répartions ou de maintenance.
– Prescriptions de sécurité
Les prescriptions de sécurité en vigueur sur le site
d’exploitation doivent être respectées afin d’éviter les
accidents et les demandes de recours qui en résulteraient.
9.2.1
Structure du réseau de distribution
Un réseau de distribution se compose de plusieurs sections de
tuyaux. Il est ainsi possible d’établir une liaison optimale entre
le compresseur et les consommateurs.
9.2.1.1
La conduite principale
La conduite principale raccorde la station de compresseurs au
système de traitement de l’air et au réservoir d’air comprimé.
Les conduites de distribution sont raccordées à la conduite
principale. Cette dernière est dimensionnée de manière à ce
que le débit total de la station de compresseurs puisse être
délivré, aujourd’hui et demain, avec un minimum de chutes de
pression.
Réservoir d’air
La chute de pression ∆ p dans la conduite principale ne devrait
pas excéder 0,04 bar.
Evacuateur
de
condensat
Sécheur
Compresseur
Conduite
principale
Figure 9.7 :
Conduite principale d’un réseau d’air comprimé
149
Le réseau de distribution
9.2.1.2
Les conduites de distribution sont posées dans toute l’entreprise
et transportent l’air comprimé à proximité des consommateurs.
Elles devraient si possible se présenter sous la forme d’une
conduite périphérique, qui permet d’accroître le rendement et
la sécurité de fonctionnement du réseau de distribution.
Le circuit de distribution tuyauterie périphérique
La chute de pression ∆ p dans les conduites de distribution ne
devrait pas excéder 0,03 bar.
3
5
7
Conduite de
raccordement
2
4
6
Conduite
principale
1
1
2
3
4
5
6
7
=
=
=
=
=
=
=
Compresseur
Soupape d’arrêt
Réservoir d’air comprimé
Evacuateur de condensat
Soupape de sécurité
Sécheur d’air comprimé
Raccordements d’air comprimé
Figure 9.8 :
Alimentation en air comprimé via un circuit
périphérique
150
Circuit
périphérique
Un circuit périphérique forme un anneau de distribution fermé. Il
est possible d’isoler différentes sections du réseau de conduites
sans interrompre l’alimentation en air comprimé d’autres zones.
L’alimentation en air comprimé de la majorité des
consommateurs est assurée, même dans le cas de travaux de
maintenance, de réparations ou d’extensions.
Lorsque l’alimentation en air comprimé est assurée par une
distribution périphérique, la distance parcourue par l’air comprimé
est moins importante que dans le cas des conduites de
dérivation. La chute de pression ∆ p est ainsi limitée. Un réseau
périphérique permet d’utiliser deux fois moins de tuyaux et de
diviser le débit par deux.
Le réseau de distribution
9.2.1.3
Le circuit de distribution est posé dans toute l’entreprise et
transporte l’air comprimé à proximité des consommateurs. Il
peut se présenter sous la forme de tuyauteries en dérivation.
Le circuit de distribution tuyauterie en dérivation
3
La chute de pression ∆ p dans les conduites de distribution de
devrait pas excéder 0,03 bar.
5
7
Conduite de
raccordement
2
4
6
Conduite
principale
Tuyauterie en
dérivation
1
1
2
3
4
5
6
7
=
=
=
=
=
=
=
Compresseur à vis
Soupape d’arrêt
Réservoir d’air comprimé
Evacuateur de condensat
Soupape de sécurité
Sécheur d’air comprimé
Raccords d’air comprimé
Figure 9.9 :
Alimentation en air via une tuyauterie en dérivation
9.2.1.4
La conduite de raccordement
Les tuyauteries en dérivation partent du circuit de distribution
ou principal et débouchent sur le consommateur. Les
consommateurs situés à l’écart des autres peuvent être ainsi
alimentés. Il est également possible de réaliser l’ensemble de
la distribution avec des tuyauteries en dérivation. L’avantage de
cette solution réside dans l’économie de matériau par rapport
aux circuits périphériques. Elle a cependant le désavantage de
présenter des dimensions plus importantes que celles de la
distribution périphérique et d’être souvent sujette à des pertes
de pression substancielles. Les tuyauteries en dérivation doivent
toujours être séparées du réseau par une soupape d’arrêt. Ceci
simplifie les réparations, la maintenance et autres travaux.
Les conduites de raccordement partent des conduites de
distribution et alimentent les consommateurs en air comprimé.
Ces derniers exigeant diverses pressions, il faut généralement
installer une unité de maintenance dotée d’un régulateur de
pression. La pression du réseau est réduite à la pression de
travail du consommateur grâce au régulateur de pression. Les
unités de maintenance (filtre, séparateur, régulateur et huileur)
sont inutiles si l’air comprimé est traité.
La chute de pression ∆ p dans les conduites de raccordement
ne devrait pas excéder 0,03 bar.
Remarque : les tuyaux DN 25 (1") sont conseillés pour les
conduites de raccordement dans les applications industrielles.
Cette taille ne cause aucun désavantage du point de vue des
coûts et garantit une parfaite alimentation en air dans la majorité
des cas. Les consommateurs nécessitant jusqu’à 1800 l/min.
peuvent être alimentés sans pertes de pressions notables
jusqu’à une longueur de conduite atteignant 10 m.
151
Le réseau de distribution
9.2.1.5
Raccordement à une conduite
commune sur les installations multiples
Les points suivants doivent être respectés lorsque plusieurs
compresseurs sont raccordés à une conduite commune.
Air comprimé
5
4
4
1
1
1
2
3
4
5
Condensat
3
Figure 9.10 :
Conduites communes
6
1
2
= Compresseur à vis
= Séparateur d’eau
= Evacuateur de condensat
= Conduite de raccordement
= Conduite commune
5
3
1
1
2
3
4
2
= Compresseur à vis
= Compresseur à piston
= Conduite de raccordement
= Conduite commune
7
5 = Vase d’expansion
6 = Silencieux de purge
7 = Séparateur huile/eau
Conduite d’air comprimé et de condensat commune
1. Conduite commune avec gradient.
La conduite commune doit être posée dans le sens du
courant 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 conduite
commune 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 conduite
commune, il faut installer un séparateur d’eau à drainage
automatique après le compresseur afin de récupérer le
condensat qui est refoulé.
Conduites de purge communes
Les points 1 et 2 s’appliquent aussi si des conduites de
purge sont intégrées dans les conduites communes.
Dans le cas des conduites de purge communes, il faut
également prévoir un vase d’expansion doté d’un silencieux
de purge.
152
Le réseau de distribution
9.3
Planification des réseaux de distribution
9.3.1
Conseils de planification généraux
Figure 9.11 :
Conditions de flux défavorables : tube en T et
coudé
Figure 9.12 :
Conditions de flux favorables, tube en Y et courbe
Il est conseillé de poser les conduites d’air comprimé en ligne
droite. Si les angles sont indispensables, éviter les raccords
coudés ou en T. Les courbes larges et les pièces en Y sont
plus favorables sur le plan du flux et occasionnent une moindre
chute de pression ∆ p. Il est également conseillé d’éviter les
modifications de sections importantes en raison des grandes
chutes de pression qu’elles provoquent.
Séparer les principaux réseaux de distribution en plusieurs
sections, dotées chacune d’une soupape d’arrêt. Il est très
important de pouvoir isoler certaines parties du réseau, en
particulier pour effectuer des contrôles, des réparations ou des
transformations.
Dans les grands réseaux, il sera parfois avantageux d’installer
une deuxième station de compresseurs qui alimentera le réseau
de distribution à partir d’une zone différente, l’air comprimé
parcourant ainsi de courtes distances. La chute de pression
∆ p est moins importante.
Les conduites principales et les grosses conduites de distribution
doivent être soudées au moyen de points en V. On évite ainsi
les bords acérés et les perles de soudure à l’intérieur des tuyaux.
La résistance de flux est réduite dans le tuyau et on évite toute
contrainte superflue sur les filtres et les outils par les résidus
de soudure.
153
Le réseau de distribution
9.3.2
Réseau de distribution
sans sécheur d’air comprimé
Conduites présentant une pente
de 1,5 à 2 %
L’humidité contenue dans l’air se transforme en goutelettes d’eau
(condensat) suite à la compression. Si l’air comprimé n’est
pas traité dans un sécheur d’air comprimé, la totalité du réseau
de conduites contiendra de l’eau.
Il faut donc respecter certaines règles lorsque l’on installe le
réseau afin d’éviter d’éventuelles détériorations sur les
consommateurs d’air comprimé.
– Gradients de température
Les conduites d’air comprimé doivent être posées de manière
à ce qu’il ne puisse pas se produire de refroidissement dans
l’écoulement du flux. L’air comprimé doit se réchauffer
lentement. Lorsque l’on est en présence d’une humidité
absolue constante, l’humidité relative baisse. Le condensat
ne peut plus se former.
– Conduites avec pente
Les conduites doivent être posées dans le sens du flux avec
une pente de 1,5 à 2 ‰ environ. L’eau condensée dans les
conduites s’écoule ainsi vers le point le plus bas du réseau.
mal
bien
Figure 9.13 :
Exemple de pose correcte d’un réseau de
distribution
– Conduite principale verticale
La conduite principale qui se trouve directement derrière le
réservoir d’air comprimé devrait s’élever verticalement. Le
condensat qui se forme lors du refroidissement peut ainsi
revenir dans le réservoir d’air comprimé.
– Evacuateur de condensat
Il faut installer des évacuateurs de condensat à l’endroit le
plus bas du réservoir d’air comprimé afin d’évacuer le
condensat.
– Conduites de raccordement
Les conduites de raccordement doivent être posées
verticalement dans le sens du flux. Le tuyau doit rester aussi
droit que possible afin d’éviter les pertes de charge inutiles.
– Accessoires de tuyauterie
Il est conseillé de toujours disposer d’un ensemble
d’accessoires comprenant un filtre, un séparateur d’eau et
un réducteur de pression. Selon le cas d’application, il faudra
également prévoir un huileur d’air comprimé.
154
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 le
condensat dans le réseau lorsqu’un sécheur d’air comprimé
équipé du filtre approprié est installé dans le réseau d’air
comprimé.
– Conduites
Il est possible de monter les conduites horizontalement,
car il ne se forme pratiquement pas d’eau dans le réseau
d’air comprimé. Il est inutile de prendre des mesures
spéciales relatives à la pose des conduites.
– Evacuateur de condensat
Les évacuateurs de condensat sont montés uniquement sur
les filtres, le réservoir d’air comprimé et le sécheur d’air
comprimé.
– Conduites de raccordement
Les conduites de raccordement peuvent être raccordées
verticalement vers le bas au moyen de raccords en T.
– Accessoires de tuyauterie
Il suffit d’installer des réducteurs de pression sur les
consommateurs. Il faudra également prévoir un huileur d’air
comprimé selon le cas d’application.
L’installation du réseau d’air comprimé devient ainsi bien moins
onéreuse. L’économie réalisée justifie souvent l’acquisition d’un
sécheur d’air comprimé.
155
Le réseau de distribution
9.4
Chute de pression ∆ p
9.4.1
Type de flux
Toute conduite d’air comprimé oppose une résistance à l’air
comprimé. Cette résistance est le frottement interne qui se
produit lors du passage d’un produit liquide ou gazeux. Elle
résulte de l’effet dynamique entre les molécules (viscosité) du
produit entre elles et les parois de la conduite. Cet effet provoque
une perte de pression dans les conduites.
Indépendamment du frottement interne, le type de flux influence
la chute de pression dans les conduites. Le déplacement de
l’air peut intervenir de différentes manières.
Flux laminaire
vmax
Figure 9.14 :
Développement du courant et de la vitesse dans
un flux laminaire
Le flux laminaire est un courant en couches régulier. Les
molécules contenues dans l’air comprimé se déplacent en
couches parallèles, les unes par rapport aux autres. Ce type
de flux présente deux propriétés principales :
– faible chute de pression
– faible transfert de chaleur
Flux turbulent
vmax
Figure 9.15 :
Représentation du courant et de la vitesse dans un
flux turbulent
9.4.2
Nombre de Reynolds Re
Le flux turbulent est un courant tourbillonnaire irrégulier. Des
déplacements additionnels sans cesse changeants se
superposent constamment sur tous les points du courant axial. Un petit tourbillon se forme sous l’action mutuelle des voies
de 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. Il
représente le critère du flux laminaire et turbulent. Le nombre
de 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 nombre
de Reynolds critique Recrit soit dépassé. Le flux passe alors
dans un état turbulent irrégulier.
Remarque
Normalement, les grandes vitesses de flux provoquant le
dépassement de Recrit 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’on
observe des perturbations de courant massives.
La vitesse de flux de l’air comprimé dans les conduites est
normalement de 2 à 3 m/s, et ne doit pas excéder 20 m/s, car
il se produit sinon des bruits de courant et un flux turbulent.
156
Le réseau de distribution
Figure 9.16 :
Chute de pression dans un réseau
Raccord à bride
Soupape
Fuites
Chute de pression
Dérivation
Evasement
Toute modification dans la pose de la conduite gène le flux de
l’air comprimé à l’intérieur de la conduite. Le flux laminaire est
perturbé et on constate une importante perte de pression.
Réducteur
Tube en T
Courbe 3D
Courbe 2D
Chutes de pression dans un réseau
Pression [ bar ]
9.4.3
Longueur [ m ]
L’importance de la chute de pression est influencée par différents
facteurs et diverses circonstances inhérentes au réseau d’air
comprimé :
– 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’air
comprimés sont planifiés, d’importantes pertes de pression
pouvant sinon se produire.
157
Le réseau de distribution
9.5
Dimensionnement
des conduites
Une importance capitale doit être accordée au bon
dimensionnement des conduites d’un réseau, dans un intérêt
purement économique. Les sections de conduites trop faibles
provoquent des pertes de pression élevées. Ces pertes de
pression doivent être compensées par une compression plus
élevée afin de garantir les performances des consommateurs.
Les facteurs principaux qui influencent le diamètre intérieur de
tuyau optimal di sont les suivants :
– débit D
Le passage d’air maximum est considéré pour déterminer
le di. Une perte de pression élevée se fera ressentir davantage
lorsque les besoins en air sont au maximum.
– Longueur des conduites
La longueur des conduites doit être déterminée aussi
précisément que possible. Les accessoires de tuyauterie
et les coudes de tuyaux sont inévitables dans un réseaux
de conduites. Il faut en tenir compte en planifiant une longueur
de tuyau équivalente dans le calcul de la longueur totale
des conduites.
– Pression de service
On part de la pression de déclenchement du compresseur
pmax pour déterminer le di. Lorsque la pression est au
maximum, la chute de pression ∆ p est aussi au maximum.
9.5.1
Chute de pression maximale ∆ p
La chute de pression ∆ p dans un réseau de conduites
développant une pression maximale pmax de 8 bars ou plus ne
devrait pas descendre en dessous d’un certain niveau sur son
chemin jusqu’au consommateur :
– réseau de conduites
∆ p ≤ 0,1 bar
Les valeurs suivantes sont conseillées pour les différentes
sections 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 pressions
maximales moindres (par ex. 3 bars), une perte de pression de
0,1 bar représente une perte de pression bien plus élevée que
dans un réseau de conduites de 8 bars. Une valeur différente
est conseillée dans ce cas pour le réseau de conduites dans
son ensemble :
– réseau de conduites
158
∆ p ≤ 1,5 % pmax
Le réseau de distribution
9.5.2
Diamètre nominal des conduites comparaison [DN – pouces]
Les tuyaux filetés de poids moyen en acier de construction
universel ( DIN 17100 ), tels que ceux fréquemment utilisés pour
les réseaux de conduites, sont conformes à la norme DIN 2440.
Cette norme prescrit certains étagements du diamètre nominal
interne di et différentes nomenclatures. C’est la raison pour
laquelle les accessoires de tuyauterie et les tuyaux ne sont
disponibles que dans les tailles correspondantes.
Les étagements de diamètres nominaux sont également
applicables pour d’autres matériaux et standards de tuyaux.
Il est impératif de respecter les diamètres nominaux normalisés
lors du dimensionnement des conduites. D’autres diamètres
nominaux sont réalisés uniquement sur demande et sont donc
particulièrement onéreux.
Le tableau ci-dessous présente les diamètres nominaux
normalisés en DN (Diamètre Nominal) en mm et en pouces, et
les valeurs limites les plus importantes pour les tuyaux
conformes à la norme DIN 2440 :
Diamètre nominal du
tuyau selon DIN 2440
Diamètre
extérieur
Diamètre
intérieur
Section
intérieure
Epaisseur de
paroi
[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
[pouces]
159
Le réseau de distribution
9.5.2
Un des facteurs essentiels utilisés pour dimensionner le
diamètre intérieur de tuyau di est la longueur du tuyau. Les
conduites ne se composent pas uniquement de tuyaux
rectilignes dont la résistance au courant peut être calculée
rapidement. Les coudes de tuyaux, les soupapes et autres
accessoires de tuyauterie augmentent sensiblement la
résistance du flux dans les conduites. Il est donc indispensable
de déterminer la longueur de tuyau L en tenant compte des
accessoires de tuyauterie et des coudes de tuyaux.
Longueur de tuyau équivalente
Pour simplifier, les résistances au flux des différents accessoires
de tuyauterie et des coudes de tuyaux sont converties en
longueurs de tuyaux équivalentes.
Le tableau ci-dessous indique la longueur de tuyau équivalente
en fonction du diamètre nominal du tuyau et de l’accessoire de
tuyauterie :
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
2
3
4
7
10
15
20
0,5
0,7
1,0
2,0
2,5
3,5
4,0
Pièce en T
Réducteur D = 2d
Ces valeurs doivent être ajoutées à la longueur de tuyau réelle
afin d’obtenir la longueur de tuyau L effective.
Remarque
Lorsque l’on commence à planifier un réseau de distribution, il
n’existe généralement aucune information complète sur les
accessoires de tuyauterie et les coudes de tuyaux. Pour cette
raison, on calcule la longueur de tuyau L réelle en multipliant la
longueur de tuyau rectiligne par 1,6.
160
Le réseau de distribution
9.5.3
Calcul du diamètre intérieur
du tuyau di
Le dimensionnement du diamètre intérieur de tuyau peut être
calculé approximativement au moyen de la formule cidessous. Elle est basée sur la pression de service maximale
pmax (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 =
5
1,6 × 103 × D 1,85 × L
——————————
1010 × ∆
∆p × pmax
di
= Diamètre intérieur de la conduite
D
= Débit total
L
= Longueur de tuyau réelle
∆p
= Perte de pression à obtenir
pmax = Pression d’arrêt du compreseur
[m]
[m³/s]
[m]
[bar]
[barabs]
Exemple
Le diamètre intérieur de tuyau d i d’une conduite de
raccordement d’air comprimé, pour laquelle on souhaite
obtenir une perte de pression ∆ p 0,1 bar, doit être calculé
au moyen de la formule d’approximation. La pression de
service maximale pmax (pression d’arrêt du compresseur) est
de 8 bar abs. Un débit D de 2 m³/min. s’écoule dans une
conduite de 200 m env.
D
=
2
m³/min. = 0,033 m³/s
L
=
200
m
∆p
=
0,1
bar
8
barabs
pmax =
di =
di =
5
1,6 × 103 × 0,0331,85 × 200
————————————
1010 × 0,1 × 8
0,037 m = 37 mm
Diamètre nominal choisi : DN 40
Le diamètre intérieur des tuyaux fait l’objet d’une normalisation
de tailles. On trouve rarement un diamètre nominal qui
corresponde exactement au diamètre intérieur calculé. Dans
ce cas, on choisit le diamètre nominal normalisé qui s’en
rapproche le plus.
161
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 facteurs
d’influence essentiels restent les mêmes, que l’on utilise la
méthode de calcul ou la méthode graphique.
La lecture commence à l’intersection entre le débit D et la
pression de service pmax. On suit ensuite les lignes imprimées
en gras dans le sens de la flèche sur l’exemple.
L [m]
Débit D [m³/min]
Diamètre intérieur du tuyau di [mm]
Longueur du tuyau
Chute de pression ∆ p dans le tuyau [bar]
Press. de service pmax [barabs]
Exemple
Débit
Longueur de tuyau réelle
D
L
=
=
2
200
m³/min.
m
Chute de pression
Pression de service
∆p =
pmax =
0,1
8
bar
barabs
Diamètre intérieur de tuyau
di
38 mm env.
=
Le diamètre nominal de tuyau sera DN 40
162
Le réseau de distribution
9.5.5
Calcul du diamètre intérieur
du tuyau di au moyen d’un
diagramme en colonnes
La troisième méthode, qui est également la plus simple, utilisée
pour déterminer le diamètre intérieur du tuyau di est le
diagramme en colonnes. Cette méthode présente cependant
des possibilités très limitées. Le diagramme en colonnes ne
peut 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 tuyau
réelle et on se reporte à la ligne ou à la colonne correspondante
dans le diagramme. A l’intersection, on peut lire le diamètre
nominal de tuyau correspondant.
Exemple
Chute de pression
Pression de service
Longueur de tuyau réelle
Débit
∆p
pmax
L
D
=
=
=
=
0,1
8
200
2000
bar
bars
m
l/min.
Le diamètre nominal du tuyau sera DN 40
163
Le réseau de distribution
9.6
Matériaux utilisés pour
réaliser les conduites
Les conduites qui constituent un réseau sont généralement en
acier, en métal non ferreux ou en plastique. Il faut qu’elles
remplissent différents critères, qui limitent le choix des matériaux
pour certaines applications.
– Protection contre la corrosion
La question de la résistance à la corrosion est de premier
ordre si l’air comprimé n’est pas séché dans un dispositif
de traitement. Il ne faut pas que les tuyaux rouillent avec le
temps.
– Température de service maximale
Certains matériaux manquent de résistance à hautes
températures et deviennent poreux à basses températures.
– Pression de service maximale
La pression de service maximale baisse lorsque la contrainte
thermique augmente.
– Faible chute de pression
Une grande qualité de surface à l’intérieur du tuyau permet
de limiter les pertes de pression.
– Montage économique
Les frais de montage peuvent être réduits grâce à un grand
nombre de pièces moulées, un montage rapide et simple et
des matériaux bon marché.
9.6.1
Tuyaux filetés
Les tuyaux filetés selon DIN 2440, DIN 2441 et DIN 2442 (modèles
mi-lourds et lourds) en acier sont des matériaux courants dans
les réseaux de conduites d’air comprimé. Ils sont
particulièrement utilisés pour les conduites de distribution et
de raccordement de petites et moyennes dimensions. Les
tuyaux filetés sont toujours utilisés lorsque les exigences
posées à l’air comprimé sont très élevées. Ils sont disponibles
en métal noir et galvanisé.
– Dimensions
– Pression de service admissible
– Température de service maximale
DN 6 - DN 150
max. 10 à 80 bars
120°C
Avantages
Les tuyaux filetés se caractérisent par un montage bon marché
et rapide. Un grand nombre de pièces préfabriquées et
d’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 élevée
et les raccords ont tendance à fuir avec le temps. La pose
exige l’intervention d’un installateur expérimenté. Les tuyaux
filetés non galvanisés ne doivent pas être utilisés dans les
réseaux dépourvus de système de séchage de l’air, car ils
rouillent.
164
Le réseau de distribution
9.6.2
Tuyau en acier sans soudure
Les tuyaux en acier doux sans soudure selon DIN 2448 sont
principalement utilisés pour les conduites principales et de
distribution présentant des diamètres moyens ou gros. Ils sont
disponibles en noir et galvanisés.
– Dimensions
– Pression de service admissible
– Température de service maximale
10,2 à 558,8 mm
max. 12,5 à 25 barx
120°C
Avantages
Les tuyaux en acier doux sont disponibles dans des tailles
atteignant 558,8 mm. Ils sont parfaitement étanches à l’air s’ils
sont installés correctement. Les fuites sont ainsi pratiquement
exclues. Les tuyaux sont bon marché, il existe un grand nombre
de pièce préfabriquées.
Désavantages
La pose des tuyaux en acier doux sans soudure exige
l’intervention d’un installateur expérimenté, car les tuyaux doivent
être soudés ou bridés. Les tuyaux en acier doux non galvanisés
ne doivent pas être utilisés dans les réseaux d’air comprimé
dépourvus de sécheurs d’air comprimé, car ils rouillent.
9.6.3
Tuyaux en acier inoxydable
Les tuyaux en acier inoxydable selon DIN 2462 et DIN 2463 ne
sont utilisés que dans les réseaux d’air comprimé qui doivent
délivrer un air d’excellente qualité. Ils sont souvent employés
dans les sections „humides“ de réseaux conventionnels, entre
le compresseur et le sécheur.
– Dimensions
– Pression de service admissible
– Pression de service maximale
6 à 273 mm
max. 80 bars ou sup.
120°C
Avantages
Les tuyaux en acier inoxydable résistent parfaitement à la
corrosion et présentent une faible résistance au flux (faible chute
de pression). Ils sont absolument étanches à l’air s’ils sont
installés correctement. Les fuites sont ainsi pratiquement
exclues.
Désavantages
La pose des tuyaux en acier inoxydable exige l’intervention
d’un installateur expérimenté, car les tuyaux doivent être soudés
ou bridés. Les tuyaux sont très chers, il existe peu de pièces
préfabriquées.
165
Le réseau de distribution
9.6.4
Tuyaux en cuivre
Les tuyaux en cuivre selon DIN 1786 et DIN 1754 sont utilisés
pour les conduites de contrôle et de réglage de petites et
moyennes dimensions. Les tuyaux sans soudure sont disponibles en modèles durs, semi-durs et tendres.
– Dimensions
– Pression de service admissible
– Température de service maximale
tendres 6 à 22 mm
semi-durs 6 à 54 mm
durs 54 à 131 mm
max. 16 à 140 bars
100°C
Avantages
Les tuyaux en cuivre sont disponibles en grandes longueurs,
ils peuvent être pliés et travaillés facilement dans le cas de
petits diamètres. On peut ainsi poser des sections plus
importantes dans un réseau d’un seul tenant. Le nombre de
raccords est réduit, le risque de fuites également.
Les tuyaux en cuivre résistent à la corrosion. Ils accusent une
chute de pression moins importante en raison de leur parois
intérieures plus lisses.
Désavantages
Les tuyaux en cuivre doivent être posés par un installateur
expérimenté car les tuyaux sont généralement soudés avec
des robinetteries. Les raccords ne peuvent plus être démontés.
Le matériau est cher, mais de nombreuses pièces préfabriquées
sont disponibles, car les tuyaux en cuivre sont également
utilisés dans le domaine du sanitaire.
Il faut tenir compte de l’expansion thermique du cuivre dans le
cas des conduites de grandes dimensions. Le coefficient de
dilatation thermique est plus important que celui de l’acier.
Lorsque l’air comprimé est humide, les particules de cuivre
peuvent provoquer la production locale d’éléments galvaniques
dans les tuyaux qui les suivent. Des piqûres de corrosion en
résultent, il peut également arriver qu’il se forme du vitriol de
cuivre.
166
Le réseau de distribution
9.6.5
Tuyaux en matières synthétiques
Plusieurs fabricants commercialisent des tuyaux en matières
synthétiques constitués de différents matériaux pour les
systèmes de tuyauteries. Il existe également des tuyaux en
polyamide, qui supportent des pressions importantes, et des
tuyaux en polyéthylène, prévus pour les sections de grandes
dimensions. On dispose donc de tuyaux en plastique appropriés
à presque tous les domaines d’applications et proposant les
propriétés correspondantes. Il est par conséquent difficile de
fournir des informations présentant un caractère général sur
les dimensions, la pression et la température de service.
Avantages
Tous les types de revêtements de protection sont inutiles, car
les tuyaux en plastique ne rouillent pas. Leur poids, 85% plus
léger que l’acier, simplifie le montage et les supports de tuyaux
sont meilleur marché.
La surface intérieure est très lisse. La résistance au flux est
faible (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 le
plan toxique et hygiénique.
Figure 9.17:
Exemple de pièces et accessoires de tuyauterie
en matière synthétique
Il existe un grand nombre de pièces préfabriquées et
d’accessoires pour les tuyauteries en matières synthétiques,
en PVC ou en matériaux similaires. Le montage est très simple. Les éléments de tuyaux sont emboîtés les uns dans les
autres et isolés au moyen d’une colle spéciale. Il n’est pas
utile de posséder de connaissances particulières pour effectuer
le montage. Les pertes de pression et les fuites sont
généralement très faibles dans les conduites en matières
synthétiques.
Désavantages
Les tuyauteries en PVC bon marché acceptent une pression
de service maximale de 12,5 bar à 25°C. Il faut particulièrement
tenir compte du fait que, dans le cas de ces tuyaux, la pression
de service maximale diminue grandement lorsque la température
augmente. Il est donc déconseillé de les installer dans les zones
chaudes d’une station de compresseurs, il faut aussi les protéger
contre les rayons du soleil.
Les tuyaux en matières synthétiques ont un coefficient de
dilatation thermique important, mais leur résistance mécanique
n’est pas particulièrement élevée.
Tous les plastiques ne résistent pas à certains condensats et
types d’huiles. Il faut donc vérifier auparavant la composition du
condensat dans le réseau d’air comprimé.
Les tuyaux en matières synthétiques pour hautes pressions
ou de grand diamètre ne sont pas fabriqués en grandes
quantités. Ils sont donc onéreux et le nombre de pièces
préfabriquées est restreint. Il faut faire appel à un soudeur de
plastiques expérimenté pour réaliser le montage de ces tuyaux.
167
Le réseau de distribution
9.7
Les conduites de tuyaux doivent être identifiées clairement en
fonction du type de produit qu’elles transportent, conformément
à la législation en vigueur et à la norme DIN 2403. Une
identification claire simplifie également l’entretien, la planification
des extensions et la lutte contre les incendies.
Marquage des conduites
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 facilement
les conduites dans le cas de réseaux compliqués. C’est la
raison pour laquelle il faut également toujours indiquer le sens
du courant du produit.
La norme DIN 2403 définit les critères d’identification, composés
de groupes de chiffres et de couleurs.
Produit
Identificateur
de groupe
Couleur
Code de couleur
Air
3
gris
RAL 7001
Eau
1
vert
RAL 6018
Liquide combustible
8
marron
RAL 8001
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
Gaz
Air comprimé
Les marquages en couleur et les textes doivent figurer à des
endroits précis :
– marquage au début de la conduite
– marquage à la fin de la conduite
– marquage aux embranchements
Figure 9.18:
Panneau indicateur et texte en clair
– marquage aux passages de murs
– marquage sur les accessoires et les distributeurs
– identification en couleur sur le parcours de la conduite au
moyen d’anneaux de couleur ou de bandes peintes sur
toute sa longueur
Panneaux d’identification
Sens du courant
Couleur correspondant au code de couleur du produit
Numéro de sous-groupe (différents réseaux de conduites)
Figure 9.19:
Panneau indicateur avec identificateurs
168
Numéro de groupe du produit
Le local technique du compresseur
10.
Le local technique
du compresseur
Le local dans lequel le compresseur est installé doit satisfaire
à certaines conditions afin que le bon fonctionnement de
l’installation soit garanti. Pour pouvoir interpréter l’importance
d’un emplacement bien planifié et bien réalisé, il faut savoir que
près des 2/3 de tous les dérangements de compresseurs
résultent d’une mauvaise installation, d’une aération insuffisante
et d’une maintenance mal faite.
Il faut en outre respecter les règlements généraux relatifs à la
prévention des accidents et à la protection de l’environnement.
10.1
Refroidissement du
compresseur
100 %:
électricité
absorbée dans
le réseau
Lorsque l’on planifie une station de compresseurs, il faut
considérer qu’une grande quantité de chaleur est générée par
le compresseur lors de la compression. Selon le premier principe
de la thermodynamique, la totalité de l’énergie électrique
consommée par le compresseur est convertie en chaleur.
Si cette chaleur n’est pas correctement évacuée, il se produit
un bouchon de chaleur dans le compresseur. Si la température
qui règne à l’intérieur du compresseur reste excessive trop
longtemps, des dommages mécaniques se produiront dans
l’étage du compresseur et dans le moteur d’entraînement.
9 %:
échauffement
du moteur
L’alimentation en air ou en eau de refroidissement peut être
réalisée de deux manières différentes.
4 %:
chaleur rés.
dans l’air
compr.
13 %:
radiateur
aux. d’air
comprimé
75 %:
radiateur
d’huile
1 %:
dissipation
thermique
95 %
de l’énergie absorbée est
évacuée par le réfrigérant
(eau/air)
Figure 10.1 :
Répartition de la chaleur dans un compresseur à
vis refroidi par injection d’huile
– Refroidissement par air
Le refroidissement par air est largement répandu sur tous
les types de compresseurs. La ventilation du local technique
du compresseur revêt dans ce cas une importance essentielle. Elle doit être étudiée et réalisée avec grand soin. Des
problèmes thermiques sont sinon préprogrammés sur le
compresseur.
– Refroidissement par eau
Le refroidissement par eau peut s’avérer nécessaire sur les
gros compresseurs, lorsque le système de refroidissement
par air n’est pas en mesure d’évacuer entièrement la chaleur.
Le refroidissement par eau pose des exigences moins
sévères à la salle du compresseur.
Les exigences et prescriptions en vigueur pour les locaux
techniques de compresseurs refroidis par air seront traitées
dans ce chapitre. Tous les points s’appliquent également aux
compresseurs refroidis par eau, à l’exception des remarques
relatives à la ventilation.
169
Le local technique du compresseur
10.2
Installation du compresseur
Certaines conditions doivent être respectées lorsqu’un
compresseur et les éléments qui composent une station de
compresseurs sont installés. Des dérangements ou des pannes
se produiront si elles ne sont pas observées. Il faut en outre
respecter les règlements de prévoyance contre les accidents
et les règles de protection de l’environnement.
10.2.1
Remarques générales sur la
salle du compresseur
Le local technique du compresseur doit être propre, sans
poussière, sèche et fraîche. Eviter les rayonnements directs
du soleil. Il est conseillé d’installer le local technique du
compresseur dans une pièce située au nord du bâtiment ou
dans une cave bien ventilée.
K o m p re s s o re n
K o m p re s s o re n
Ne pas installer des tuyauteries ou des matériels dégageant
de la chaleur dans le local technique du compresseur. Il est
nécessaire de bien les isoler si leur présence est inévitable.
Un accès aisé et un éclairage suffisant doivent être garantis
pour que les services techniques puissent effectuer la
maintenance et les habituels contrôles périodiques des réservoirs
d’air comprimé.
Le local technique du compresseur doit toujours disposer d’une
ventilation suffisante pour éviter tout dépassement des
températures ambiantes admissibles.
Figure 10.2 :
Station de compresseur composée de 2
compresseurs à vis, d’un sécheur d’air comprimé
par réfrigération, d’un réservoir d’air comprimé et
d’un séparateur huile/eau.
10.2.2
Température ambiante admissible
Les compresseurs fonctionnent de manière optimale à une
température ambiante de +20° à +25°C. Les températures
suivantes sont prescrites pour les compresseurs à vis :
– +5°C minimum. Lorsque la température ambiante descend
en dessous de +5°C, les conduites et soupapes peuvent
geler, causant des dommages sur le compresseur. Les
compresseurs à vis s’arrêtent automatiquement lorsque la
température passe en dessous de la température finale de
compression admissible.
Un système de protection additionnel contre le gel autorise
des températures ambiantes de l’ordre de -10°C.
– +40°C, ou +35°C maximum pour les compresseurs à pistons
insonorisés. Lorsque la température ambiante dépasse la
valeur maximale, il peut arriver que la température de sortie
de l’air comprimé excède la valeur maximale prescrite par
le législateur. La qualité de l’air comprimé se dégrade, les
éléments du compresseur sont exposés à des contraintes
plus élevées et les intervalles de maintenance sont
raccourcis. Les compresseurs à vis s’arrêtent
automatiquement lorsque la température de compression
finale est dépassée.
170
Le local technique du compresseur
10.2.3
Règles de protection contre les
incendies pour les locaux
techniques des compresseurs
Les règles suivantes sont appliquées pour les locaux abritant
les compresseurs refroidis par injection d’huile.
– Le local doit être équipé d’une protection spéciale contre
les incendies s’il abrite un compresseur dont la puissance
excède 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 moins
la classe de protection incendie F30.
– ne pas stocker de produits inflammables dans le local
technique du compresseur.
– le sol, autour du compresseur, doit être constitué d’un
matériau ignifuge.
– il ne faut pas que des fuites d’huile puissent se répandre sur
le sol.
– aucun matériau inflammable ne doit se trouver dans un
périmètre de trois mètres au moins autour du compresseur.
– des éléments inflammables, tels que des faisceaux de
câbles ne doivent pas passer sur le compresseur.
10.2.4
Elimination du condensat
L’air aspiré contient de l’eau sous forme de vapeur, il s’agit du
condensat généré lors de la compression. Ce condensat
contient de l’huile qu’il est interdit de déverser dans les égouts
sans traitement préalable.
Il est impératif de respecter les prescriptions de traitement des
eaux usées en vigueur sur le site d’exploitation.
BOGE conseille l’ÖWAMAT pour traiter le condensat. L’eau
nettoyée peut être évacuée dans le système de canalisations
urbain. L’huile, récupérée dans un réservoir, doit être remise
aux entreprises de traitement compétentes.
171
Le local technique du compresseur
10.2.5
Il est nécessaire d’observer certaines règles générales en
matière de ventilation lorsque l’on installe un compresseur.
Conseils d’installation du
compresseur
– Un sol industriel sans fondation est suffisant pour installer
un compresseur ou un réservoir d’air comprimé. Il est
généralement inutile de mettre en oeuvre des éléments de
fixation spéciaux.
– Il est dans tous les cas conseillé de monter le compresseur
sur un support élastique afin d’éviter toute transmission de
vibrations à la fondation et une répercussion du bruit du
compresseur sur d’autres parties du bâtiment.
– Le raccordement du compresseur au réseau de conduites
doit être réalisé au moyen d’un tuyau haute pression BOGE
de 0,5 m de long environ. La transmission des vibrations du
compresseur au réseau d’air comprimé est ainsi évitée et
les écarts de montage dus à la pose des conduites sont
compensés.
– Si le site d’installation est très poussiéreux, le compresseur
doit être équipé de filtres d’aspiration en papier. L’usure du
compresseur est ainsi minimisée.
– Le compresseur ne doit en aucun cas être recouvert de
capots ou de boîtiers. Ces mesures provoquent toujours des
problèmes thermiques. Le capot de protection antibruit
BOGE, étudié spécialement pour chaque type de
compresseur, fait exception à cette règle.
10.2.6
Encombrement d’un compresseur
– Il faut installer le compresseur de manière à ce qu’il soit
parfaitement accessible pour effectuer les opérations de
manutention et de maintenance.
Aération
Montage le long du mur
Montage
en
angle
Connex.
en air
compr.
Alim.
en air
Face exploitation
Figure 10.3 :
Encombrement d’un compresseur à vis insonorisé
de type S 21 - S 30
172
Un compresseur présente un certain encombrement, dépendant
de sa construction et de son type. Un espace minimum défini
doit être ainsi respecté tout autour du compresseur.
– Pour assurer le refroidissement d’un compresseur, il faut
respecter un certain écartement entre le ventilateur ou le
radiateur et le mur ou les accessoires les plus proches.
L’efficacité du ventilateur ou du radiateur en souffrent sinon
et le refroidissement nécessaire n’est plus garanti.
– Lorsque plusieurs compresseurs sont installés les uns à
côté des autres, l’air de refroidissement échauffé par un
compresseur ne doit pas être aspiré par un autre.
L’écartement minimum par rapport aux murs et aux appareils
et accessoires voisins varie selon les types et les modèles de
compresseurs. Il est spécifié dans les instructions de service
des différents appareils.
Le local technique du compresseur
10.2.7
Conditions d’installation des
réservoirs d’air comprimé
Certaines règles de prévention contre les accidents doivent être
respectées lorsqu’un réservoir d’air comprimé est installé.
– Protéger le réservoir d’air comprimé contre tout risque de
détérioration d’origine mécanique (chute d’objets, etc.).
– Le réservoir d’air comprimé et ses équipements doivent
pouvoir être commandés en toute sécurité à une distance
suffisante.
– Respecter les zones et espacements de sécurité.
– Le réservoir d’air comprimé doit reposer sur une assise
stable. Il ne faut pas qu’il puisse bouger ou basculer sous
l’action de forces extérieures. Le poids supplémentaire lors
de l’essai de pression devra être également considéré ! Une
fondation renforcée sera éventuellement nécessaire pour les
réservoirs d’air comprimé de grandes dimensions.
– La plaque du constructeur doit être parfaitement lisible.
– Les réservoirs d’air comprimé doivent être bien protégés
contre la corrosion.
– Les réservoirs verticaux sont transportés horizontalement
dans la salle des compresseurs et placés sur deux pieds. Il
faut donc tenir compte de la diagonale du réservoir (hauteur
de redressement) lorsque la hauteur du réservoir est
mesurée. Si elle est inférieure à la hauteur de la pièce, le
réservoir ne pourra pas être installé.
173
Le local technique du compresseur
10.3
Ventilation de la
station de compresseurs
Un courant d’air de refroidissement VC suffisant représente une
condition essentielle pour le fonctionnement d’un compresseur
refroidi par air. La chaleur générée par le compresseur doit pouvoir
être évacuée à tout moment de manière fiable. Il existe trois
possibilités de ventilation en fonction du type et du modèle de
compresseur.
– Ventilation naturelle
Ventilation par les entrées et les sorties d’air situées sur les
parois latérales ou au plafond, sans l’assistance d’un
ventilateur.
– Ventilation artificielle
Ventilation par les entrées et les sorties d’air situées sur les
parois latérales et au plafond, assistée d’un ventilateur.
– Canaux d’entrée et de sortie de l’air
Ventilation au moyen des gaines appropriées, généralement
avec l’assistance d’un ventilateur aspirant.
– Sur les compresseurs refroidis par eau, la chaleur principale
est évacuée par l’eau de refroidissement. La chaleur
résiduelle (irradiée par le moteur) doit être évacuée par l’air
de refroidissement.
10.3.1
Facteurs influençant le courant
d’air de refroidissement VC d’un
compresseur
Un compresseur génère une certaine quantité de chaleur en
fonction de sa puissance. Sur les compresseurs refroidis par
air, cette chaleur doit être évacuée par un courant d’air de
refroidissement VC.
L’importance du courant d’air de refroidissement V C est
influencée par plusieurs facteurs qui viennent d’ajouter à la
puissance d’entraînement du compresseur.
– Chaleur de transmission
Une partie de la chaleur générée est évacuée par les murs
de la salle du compresseur (y compris les portes et les
fenêtres) sous forme de chaleur de transmission. La
constitution des murs, du plafond, du sol, des portes et des
fenêtres influencent grandement le courant d’air de
refroidissement VC.
– Température ambiante
Plus la température de la salle du compresseur est élevée,
plus les besoins en air de refroidissement seront importants.
– Gradient de température
Plus la différence de température ∆ t entre la température
extérieure et la température intérieure est élevée, plus les
besoins en air de refroidissement seront faibles.
– Hauteur et surface de la pièce
Plus les dimensions de la pièce sont importantes, plus la
chaleur générée se répartit. Il en résulte une réduction des
besoins en air de refroidissement.
174
Le local technique du compresseur
10.3.2
Définition des facteurs influençant
le courant d’air de refroidissement
VC d’un compresseur
Pour obtenir des valeurs de courant d’air de refroidissement VC
à caractère général, les conditions marginales suivantes, qui
influencent le volume d’air de refroidissement VC nécessaire,
sont déterminées.
– Température ambiante
– Gradient de température ∆ t
35°C = 308 K
10 K
– Epaisseur de mur
25 cm
Les 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 pièce
présentant une surface inférieure à 50 m².
Les conditions marginales déterminées partent des températures de l’environnement les plus défavorables pour le
compresseur. Ces conditions étant généralement plus favorales
dans la salle du compresseur, les valeurs ainsi déterminées
peuvent donc être appliquées pour le volume d’air de
refroidissement VC.
Si le volume d’air de refroidissement conseillé VC est assuré
pour le compresseur, aucun problème thermique ne surgira.
175
Le local technique du compresseur
10.3.3
Informations générales relatives
à la ventilation des locaux
techniques de compresseurs
Ce chapitre développe les conditions les plus importantes
auxquelles un local renfermant un ou plusieurs compresseurs
refroidis par air doit satisfaire sur le plan de la ventilation. Ces
conditions se basent sur les exigences spécifiées dans la fiche
de spécifications VDMA 4363 „Ventilation des locaux
techniques de compresseurs refroidis par air“.
– L’air chaud monte. Pour qu’il soit possible d’obtenir un
échange de chaleur efficace, il faut que les ouvertures d’entrée
de l’air froid soient disposées à proximité du sol et que les
ouvertures de sortie d’air se trouvent au plafond ou dans la
partie supérieure d’un mur latéral.
– Le compresseur doit être installé à proximité de l’ouverture
d’entrée d’air Ain de manière à ce qu’il aspire l’air pour la
compression et l’air froid pour la ventilation directement à
partir de l’ouverture d’entrée d’air Ain .
Figure 10.4 :
Disposition des ouvertures d’entrée et de sortie de
l’air
Entrée de l’air
par les
fe nê tr e s
– Le compresseur doit être installé de manière à ce qu’il ne
puisse pas réaspirer l’air chaud qu’il a évacué.
– Les ouvertures ou les gaines d’aspiration du compresseur
doivent être disposées de sorte que des mélanges dangereux
(par exemple des produits explosifs ou instables sur le plan
chimique) ne puissent pas être aspirés.
– Le volume d’air évacué par le compresseur devrait s’écouler
au-dessus du réservoir d’air comprimé (si disponible) vers
l’ouverture de sortie de l’air Aout. Les accessoires installés
dans le local technique du compresseur doivent être disposés
en conséquence.
– Des volets réglables doivent être installés dans les ouvertures
d’entrée d’air Ain L’apport d’air froid venant de l’extérieur
peut être ainsi réduit et la température ne descend pas au
dessous du seuil minimum en hiver. Si cette mesure n’est
pas suffisante, le compresseur devra être équipé de son
propre système de chauffage. BOGE fournit les accessoires
nécessaires pour ce faire.
Evacuation de l’air
éventuellement
avec un ventilateur
Figure 10.5 :
Local contenant trois compresseurs insonorisés
176
– Lorsque plusieurs compresseurs sont installés dans une
pièce, il faut s’assurer qu’ils ne s’influencent pas
mutuellement sur le plan thermique. Si un compresseur
aspire l’air évacué par un autre compresseur, un
réchauffement de l’appareil en résulte. La ventilation doit
couvrir la totalité des besoins en air ventilé de tous les
compresseurs. La condition idéale consisterait à ce que
chaque compresseur dispose de sa propre ouverture d’entrée
d’air, adaptée à sa taille.
Le local technique du compresseur
10.3.4
La ventilation naturelle consiste à commander la circulation de
l’air par une ouverture d’entrée d’air Ain et une ouverture de sortie
d’air Aout situées dans les parois latérales du local. L’échange
de chaleur est réalisé sous l’action unique de la circulation
naturelle de l’air, car l’air chaud monte. Pour permettre une
ventilation suffisante, il faut que l’ouverture d’entrée d’air se trouve
aussi bas que possible en dessous de l’ouverture de sortie
d’air.
Ventilation naturelle
Cette méthode de ventilation a fait ses preuves pour les
compresseurs développant jusqu’à 22 kW. Des problèmes de
ventilation pourront se produire sur les petits compresseurs en
fonction des conditions ambiantes qui règnent dans le local
technique du compresseur.
10.3.4.1 Ouverture de sortie d’air
nécessaire dans le cas d’une
ventilation naturelle
Un courant d’air de refroidissement VC suffisant ne peut être
obtenu que si les ouvertures d’entrée et de sortie de l’air sont
bien dimensionnées.
Les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous se basent
sur les exigences énoncées dans la fiche de spécifications
VDMA 4363 „Ventilation des locaux techniques de
compresseurs refroidis par air“.
•
VC
Ain
Aout
Figure 10.6 :
Ventilation naturelle d’un local contenant un
compresseur à vis BOGE
Puissance
d’entraînement P
Volume d’air froid
Ouvertures d’air
nécessaire
de ventil. nécessaire
VC
Ain et Aout
[ kW ]
[ m³/h ]
[ m² ]
3,0
4,0
5,5
7,5
11,0
15,0
18,5
22,0
1350
1800
2270
3025
3700
4900
6000
7000
0,20
0,25
0,30
0,40
0,50
0,65
0,75
0,90
Il faudrait en principe que l’ouverture d’entrée d’air Ain et de
sortie d’air Aout soient de dimensions identiques. Le volume
d’air de refroidissement doit passer par les deux ouvertures. Si
l’on considère que des volets, des grilles et autres obstacles
obtruent les ouvertures d’entrée d’air, leur taille devrait être de
20% supérieure à celle de l’ouverture de sortie d’air Aout. Il est
probable que la température ambiante admissible soit sinon
dépassée.
Remarque
Lorsque le volume d’air de refroidissement VC est défini pour la
station de compresseurs, il faut également tenir compte des
besoins en air ventilé exigés par le sécheur d’air comprimé ou
le sécheur par adsorption à régénération avec chaleur.
177
Le local technique du compresseur
10.3.5
Ventilation artificielle
DV
Ain
Ventilateur
Figure 10.7 :
Ventilation artificielle d’un local renfermant un
compresseur à vis BOGE
10.3.5.1 Puissance de ventilation exigée
pour la ventilation artificielle
Dans de nombreux cas, la ventilation naturelle du local technique
du compresseur ne suffit pas. Le courant d’air de refroidissement
est insuffisant en raison de conditions de construction et/ou de
la 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 froid
dans la salle du compresseur et garantit le volume nécessaire
grâce à la ventilation forcée. On obtient des réserves plus
importantes lorsque la température extérieure est élevée.
L’ouverture d’entrée de l’air doit être adaptée à la puissance du
ventilateur.
Pour des raisons économiques, la mise en service du ou des
ventilateurs doit être assurée par un thermostat en fonction de
la température qui règne dans la pièce. Plus la température est
élevée, plus le ventilateur est sollicité.
Le volume d’air de refroidissement nécessaire VC résulte,
comme dans le cas de la ventilation naturelle, de la puissance
du compresseur installé. La chaleur générée par le compresseur
doit être évacuée de manière fiable. Le débit du ventilateur DV
est supérieur de 15% environ à la quantité d’air de refroidissement
nécessaire VC. Une ventilation parfaite est ainsi également
assurée en plein été.
Les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous se basent
sur les exigences énoncées dans la fiche de spécifications
VDMA 4363 „Ventilation des locaux techniques de
compresseurs refroidis par air“.
Puissance
d’entraînement
P
178
Débit de ventilateur
nécessaire
DV
[ kW ]
[ m³/h ]
4,0
5,5
7,5
11,0
15,0
18,5
22,0
30,0
37,0
45,0
55,0
65,0
75,0
90,0
110,0
132,0
160,0
200,0
250,0
1800
2270
3025
3700
4900
6000
7000
9500
11000
14000
17000
20000
23000
28000
34000
40000
50000
62000
70000
Le local technique du compresseur
10.3.5.2 Ouverture d’entrée d’air
nécessaire pour la ventilation
artificielle
Dans le cas de la ventilation artificielle, l’extracteur d’air
détermine la taille de l’ouverture de sortie de l’air.
L’ouverture nécessaire pour un extracteur d’air est généralement
de dimensions beaucoup plus réduites que celle nécessaire
pour 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 vS dans
l’ouverture d’entrée.
Il est conseillé d’effectuer le calcul avec une vitesse d’air de
vS = 3 m/s . Si, pour des raisons de construction, il n’est pas
possible de réaliser des ouvertures de sortie d’air aux dimensions
souhaitées, une vitesse d’air de vS = 5 m/s est également
admissible.
La formule suivante permet de calculer la taille minimale de
l’ouverture d’entrée d’air :
Ain
=
DV
—————
3600 × vS
m²
=
m³/h
———————
3600 s/h × m/s
Ain
= Section min. de l’ouverture d’entrée
DV
= Débit du ventilateur
[m³/h]
vS
= Vitesse maximale de l’air
[m/s]
[m³]
Remarque
Quand on choisit un extracteur d’air, il faut considérer que le
volume d’air froid est soumis aux mêmes lois physiques que
celles qui régissent l’air comprimé. Lorsque l’air froid s’écoule
dans les canaux et ouvertures, la pression dynamique ∆ p (perte
de pression) augmente quand la vitesse du flux augmente. Un
ventilateur peut uniquement supporter une pression dynamique
inférieure à sa pression superficielle. Si la pression dynamique
est supérieure à la pression superficielle, aucun débit ne peut
être généré.
La pression dynamique maximale est déterminée à partir de la
forme et de la taille des ouvertures d’entrée et de sortie et des
canaux correspondants (si disponibles). Il faut également tenir
compte de la vitesse de l’air.
∆ p = 100 Pa (10 mm WS) peut être adopté pour les ouvertures
simples ne disposant pas de dérivations défavorables (pose
des gainages).
179
Le local technique du compresseur
10.3.5.3 Exemple de ventilation artificielle
d’une station de compresseurs
Un compresseur à vis de type S 21 doit fonctionner avec un
sécheur d’air comprimé par réfrigération D 27 dans un local de
dimensions réduites. Les conditions de construction rendent
toute ventilation naturelle impossible. Il est nécessaire de
réaliser une ventilation artificielle assurée par un ventilateur.
Compresseur à vis BOGE de type S 21
R 1
R 1
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 la
puissance de ventilateur qu’il sera nécessaire d’installer dans
le local technique du compresseur.
Puissance du ventilateur DVtot : 5670 m³/h
Figure 10.8 :
Station de compresseurs composée d’un
compresseur à vis, d’un sécheur d’air comprimé
par réfrigération et d’un réservoir d’air comprimé
L’ouverture d’entrée d’air est calculée à partir de la puissance
du ventilateur DVtot et de la vitesse de courant maximale
vS = 3 m/s :
Ain
=
DVtot
—————
3600 × vS
Ain
=
5670
—————
3600 × 3
Ain
=
0,525 m²
Ain
= Surface min. de l’ouverture d’entrée
[m³]
DVtot = Débit du ventilateur
[m³/h]
vS
[m/s]
= Vitesse d’air maximale
Il faudra installer un ventilateur développant 5670 m³/h dans le
local technique du compresseur (tenir compte de la pression
dynamique des ouvertures lors du choix du ventilateur).
L’ouverture d’entrée d’air Ain devra mesurer au moins 0,525 m².
180
Le local technique du compresseur
10.3.6
Alimentation en air froid avec
gainage d’entrée et de sortie
L’alimentation en air de refroidissement par le gainage d’entrée
et de sortie d’air représente une solution élégante pour résoudre
les problèmes thermiques dans la salle du compresseur.
Les compresseurs insonorisés permettent de réaliser une
ventilation canalisée. L’air de refroidissement passe au dessus
du compresseur, puis il est focalisé avant d’être évacué. Les
compresseurs à vis BOGE sont équipés d’un ventilateur d’air
de refroidissement générant une pression superficielle de 60 Pa
env. (colonne d’eau de 6 mm env.). Il est donc en mesure
d’expulser l’air de sortie par un gainage de 5 m de longueur
approximativement et présentant la section de gainage
conseillée.
Les gainages peuvent être raccordés sans difficulté aux
ouvertures du capot d’insonorisation. Il n’est généralement pas
nécessaire d’installer un ventilateur par évacuation d’air
supplémentaire dans le gainage.
Figure 10.9 :
Passage de l’air froid dans un compresseur à vis
BOGE de la série S 21 - S 150
Les gainages d’air froid évacuent l’air de refroidissement à
l’extérieur. Ils peuvent être aussi utilisés pour assurer le
chauffage en hiver, en installant un dispositif de clapets
approprié. Il est conseillé de récupérer une partie de l’air de
réfrigération chaud dans le local technique du compresseur si
ce dernier n’est pas chauffé en hiver.
10.3.6.1 Gainage de l’admission d’air
Il est également possible d’alimenter le compresseur en air
froid au moyen d’un gainage. Un canal d’air d’alimentation réduit
cependant le débit d’aspiration (pression dynamique) et se
répercute négativement sur le rendement du compresseur. Une
canalisation d’air sera donc uniquement conseillée dans les
cas suivants énoncés ci-dessous.
– Environnement impur
L’air aspiré sur le site du compresseur contient un grand
nombre de particules, de la poussière, des impuretés
chimiques ou présente une humidité élevée. Dans ces
conditions, il est conseillé d’aspirer l’air directement à
l’extérieur ou dans une zone propre du bâtiment.
– Température ambiante élevée
La température sur le site d’exploitation du compresseur
est beaucoup plus élevée que dans les pièces voisines ou
en dehors du bâtiment. Ceci se produit lorsque toutes sortes
de machines chauffent dans le local technique du
compresseur.
181
Le local technique du compresseur
10.3.6.2 Evacuation de l’air par gaine
d’évacuation
Ain
AC
•
VA
Figure 10.10 :
Evacuation de l’air dans une pièce contenant un
compresseur à vis BOGE par une gaine
d’évacuation de l’air froid à l’extérieur
10.3.6.3 Volume d’air froid nécessaire DA
et section de canal AC avec gaine
d’évacuation
Les locaux techniques de compresseurs contenant des unités
individuelles peuvent être généralement refroidis au moyen d’un
extracteur d’air ou par ventilation naturelle. Si plusieurs
compresseurs sont installés dans la même pièce, il est toujours
conseillé d’utiliser des conduites d’air de refroidissement.
Grâce à ces gaines, la pièce est moins chauffée par la chaleur
dégagée par les compresseurs.
La différence de température ∆ t entre l’air aspiré et l’air évacué
représente approximativement 20 K. La vitesse de l’air dans la
gaine d’évacuation ne devrait pas excéder 6 m/s. La section du
canal est donc largement inférieure à celle pratiquée dans le
mur pour la ventilation naturelle ou artificielle.
Les valeurs spécifiées dans le tableau ci-dessous pour le volume
d’air de refroidissement nécessaire DA avec gaine se basent
sur les exigences énoncées dans la fiche de spécifications
VDMA 4363 „Ventilation des locaux techniques de
compresseurs refroidis par air“. On suppose une augmentation
de 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 environ
5 m dans une gaine d’évacuation rectiligne sans modifications
de direction ni réducteurs ou éléments rapportés pour une vitesse
d’air de 4 à 6 m/s.
Puissance
d’entraînement
P
[ kW ]
4,0
5,5
7,5
11,0
15,0
18,5
22,0
30,0
37,0
45,0
55,0
65,0
75,0
90,0
110,0
132,0
160,0
200,0
250,0
182
Volume d’air froid
nécessaire avec
gaine d’évacuation
DA
[ m³/h ]
800
1000
1300
1700
2900
4500
4500
4500
6500
6500
8000
8600
9200
16000
16000
24400
24400
27800
33600
Section de
canal
nécessaire
AC
[ m² ]
0,08
0,10
0,13
0,13
0,15
0,23
0,26
0,33
0,41
0,48
0,59
0,64
0,68
0,85
1,11
1,24
1,61
2,06
2,49
Le local technique du compresseur
10.3.6.4 Remarques relatives à la
ventilation par gaines
Dans les gainages, tous les objets tels que les dérivations, les
filtres, les clapets de volets, les coudes et les silencieux
provoquent un accroissement de la résistance hydraulique et
freinent ainsi l’écoulement de l’air. Si la gaine contient de
nombreux obstacles sur une grande longueur, la section de
gaine libre recommandée devra être vérifiée par un spécialiste.
Certaines mesures de protection contre les incendies sont
prescrites pour éviter la propagation des incendies par les gaines
de ventilation. La norme DIN 4102, partie 6, exige le montage
de clapets de protection incendie à fermeture automatique
lorsque 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 est
très long. Dans ce cas, il est possible que le ventilateur d’air de
refroidissement d’un compresseur à vis ne puisse plus surmonter
la pression dynamique qui règne dans la gaine. Cela signifie
que le volume d’air de refroidissement s’immobilise, interrompant
ainsi le refroidissement entier du compresseur. Dans ce cas, il
faut prévoir un ventilateur d’appoint supplémentaire.
Les clapets d’alimentation et d’évacuation d’air ainsi que les
ventilateurs doivent, pour des raisons économiques, être
commandés via un thermostat situé dans la salle du
compresseur.
Ne jamais monter directement les gaines d’air de refroidissement
sur la structure du compresseur. Utiliser toujours des
compensateurs qui permettent d’éviter les tensions et la
transmission des vibrations.
Un gainage d’air de refroidissement revêtu d’un matériau isolant
transmet moins de chaleur à son environnement et amortit ainsi
les bruits supplémentaires, évacués hors du compresseur en
même temps que l’air de refroidissement.
Généralement, BOGE conseille de confier la conception des
gainages et l’exécution des travaux à une entreprise spécialisée.
Dans le cas des installations composées de plusieurs
compresseurs, il faut que chaque compresseur dispose de sa
propre gaine d’alimentation et d’évacuation d’air.
Lorsqu’une gaine commune est utilisée pour plusieurs
compresseurs, il faut prévoir des clapets anti-retour à
déclenchement automatique pour éviter que l’air de
refroidissement chaud ne passe sur un compresseur à l’arrêt
et ne réchauffe l’air d’alimentation.
183
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
La taille de l’ouverture d’entrée d’air Ain dépend du volume d’air
de refroidissement DA 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 de
vS = 3 m/s . Si, pour des raisons de constuction, il n’est pas
possible de réaliser des ouvertures d’entrée d’air aux dimensions
souhaitées, une vitesse d’air de vS = 5 m/s est également
admissible.
La formule suivante permet de calculer l’ouverture d’entrée d’air
minimale :
184
Ain
=
DA
—————
3600 × vS
m²
=
m³/h
———————
3600 s/h × m/s
Ain
= Surface min. de l’ouverture de sortie
DA
= Volume d’air froid dans la gaine
de sortie
vS
= Vitesse de courant maximale
[m²]
[m³/h]
[m/s]
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. Il
est conseillé de choisir cette possibilité lorsque des
températures élevées règnent dans le local technique du
compresseur.
Air chaud
Figure 10.11 :
Evacuation de l’air à l’extérieur via un gainage
Air chaud
Mode „Eté“
Air chaud
Mode „Hiver“
Figure 10.12 :
Gaine d’évacuation avec clapet de circulation
La gaine d’évacuation transporte l’air de refroidissement chaud
directement à l’extérieur. Lorsqu’il fait froid dans la salle du
compresseur, l’air ambiant est mélangé à l’air chaud au moyen
d’un clapet de circulation. La ventilation de circulation permet
de protéger l’installation contre le gel lorsque les températures
extérieures sont inférieures à zéro degré. Un chauffage auxiliaire
est également conseillé pour protéger le compresseur contre
le gel dans la phase de démarrage.
Cette méthode exige également la réalisation d’une ouverture
de sortie d’air dimensionnée en fonction du volume à évacuer,
en plus de la gaine de sortie d’air.
Air chaud
Mode „Eté“
Air chaud
Mode „Hiver“
Entrée
de
l’air
Figure 10.13 :
Utilisation de l’air froid réchauffé pour le chauffage
En hiver, les gaines permettent de véhiculer l’air chaud produit
par le compresseur pour chauffer complètement ou partiellement
les différentes pièces d’un bâtiment. Lorsque les températures
sont élevées (en été), le gaine d’évacuation expulse l’air chaud
directement à l’extérieur.
Dans le cas de cette méthode, l’air d’alimentation est
généralement aspiré à partir des pièces chauffées, de l’air
tempéré étant ainsi aspiré en quantité suffisante, même lorsque
la température ambiante est basse. De cette manière, le
compresseur fonctionne toujours au-dessus de la température
minimale.
Afin de limiter la poussière et le bruit dans les pièces chauffées,
il est conseillé de monter un filtre et un silencieux dans la gaine
de sortie de l’air.
185
Le local technique du compresseur
10.4
Exemples de plans d’installation
10.4.1
Exemple d’installation d’un
compresseur à vis
R é s e r v o ir d 'a ir c o m p r im é
F iltr e
S o r t ie d e l'a ir
c o m p r im é
A ir d 'é v a c u a t io n
E tr a n g le m e n t
E v a c u a te u r d e
c o n d e n s a t
S é p a ra te u r
h u ile - e a u
E a u
C o n d u it e d 'é v a c u a t io n
d u c o n d e n s a t
A r r iv é e
d 'a ir
1 2 0 0
C ô té d e c o m m a n d e
186
T u y a u H P
C o m p r e s s e u r à v is
E c a r te m e n t d e s é c u r ité
a v e c V D E 0 1 0 0
H u ile
S é c h e u r d 'a ir c o m p r im é
p a r r é fr ig é r a tio n
Le local technique du compresseur
10.4.2
Exemple d’installation d’un
compresseur à piston
R é s e r v o ir d 'a ir c o m p r im é
1 0 0 0 l
F iltr e m ic r o p o r e u x
6 0 0
E s p a c e d e m a in te n a n c e
F 3 0
F iltr e à
c h a r b o n a c tif
A 3 0
C o m p r e s s e u r à p is to n
S C L 1 1 6 0 -2 5
S o r t ie d e l'a ir
c o m p r im é
G 3 /4
Ö l- W a s s e r - T r e n n e r
Séperateur huile/eau
2 3 1 0
Ö w a m a t 2
B y p a s s
1 2 0 0
1 4 1 0
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
5 6 0
7 5 5
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
T u y a u H P
E v a c a te u r d e c o n d e n s a t B e k o m a t 2
4 9 0
5 0 0
4 4 5
2 5 0
5 0
2
c h e u r d 'a ir c o m p r im é
r r é fr ig é r a tio n
1 2
e c B e k o m a t 2
1 0 0
A ir d 'a lim . n é c e s s a ir e 0 , 4 m
S é
p a
D
a v
H u ile
E a u
1 1 6 0
8 0 0
C ô té d e c o m m a n d e
7 8 0
E s p a c e d e
m a in te n a n c e
8 0 0
3 6 0
3 0 0
6 0 0
8 0 0
8 0 0
8 0 0
1 2 0 0
C o n d u ite
d 'é v a c u a t io n d u
c o n d e n s a t
E s p a c e d e m a in te n a n c e
E c a r te m e n t d e s é c u r ité
187
Récupération de la chaleur
11.
Récupération de
la chaleur
11.1
Bilan thermique d’une
station de compresseurs
100 %:
électricité
absorbée dans
le réseau
9 %:
échauffement
du moteur
Pour pouvoir évaluer les possibilités offertes par la récupération
de la chaleur sur les compresseurs, il faut se rappeler que,
conformément au premier principe de la thermodynamique, la
totalité de l’energie électrique absorbée par le compresseur est
transformée en chaleur. On ne peut cependant utiliser cette
chaleur de manière économique que si l’on sait où elle se produit
et quel est le pourcentage de chaleur qui peut être utilisé
rentablement pour la récupération.
La chaleur est toujours évacuée grâce à un réfrigérant. Ce dernier
renferme environ 95% de l’énergie électrique transmise au
compresseur sous forme de chaleur. 4% environ restent dans
l’air comprimé en tant que chaleur résiduelle et 1% est transmis
à l’air ambiant sous l’effet du rayonnement thermique.
4 %:
chaleur rés.
dans l’air
comprimé
13 %:
radiateur
aux. d’air
comprimé
75 %:
radiateur
d’huile
1 %:
dissipation
thermique
95 %:
de l’énergie absorbée est
évacuée par le réfrigérant
(eau/air)
Figure 11.1 :
Répartition de la chaleur dans un compresseur à
vis refroidi par injection d’huile
188
Les coûts de l’énergie sont de plus en plus élevés, et
l’environnement prend une place de plus en plus importante
dans les consciences. Ces considérations ont incité de
nombreux utilisateurs de compresseurs à se servir de l’énorme
potentiel thermique offert par les compresseurs. Ils se sont
adressés aux fabricants de compresseurs, qui ont à leur tour
développé des systèmes de récupération de la chaleur efficaces.
Depuis, la chaleur développée par les compresseurs est
récupérée pour assurer le chauffage des locaux et chauffer
l’eau non potable et de chauffage.
Lorsque l’on élabore un bilan thermique, il ne faut pas
uniquement penser à l’énergie fournie par le moteur et
nécessitée par le compresseur pour comprimer l’air. Le moteur
électrique convertit également l’énergie en chaleur. Il est donc
important de tenir compte du rendement du moteur qui, selon
la puissance d’entraînement, oscillera entre 80 % et 92 %. La
quantité de chaleur émise augmente par conséquent également.
Récupération de la chaleur
11.2
Le chauffage des locaux est le meilleur moyen d’utiliser la
chaleur dégagée par le compresseur.
Chauffage des locaux
La méthode la plus simple pour chauffer un local est d’y installer
le compresseur. Ceci signifie que le compresseur se trouve
directement dans l’atelier ou dans l’entrepôt, généralement à
proximité des postes de travail.
Dans ce cas de figure, il faudra seulement installer des
conduites pour évacuer l’air chaud à l’extérieur en été, lorsque
des températures élevées règnent sur le site d’installation. L’air
chaud utilisé pour le chauffage ne doit pas être transporté sur
de longues distances.
Il faut cependant s’assurer que le compresseur est
suffisamment refroidi. Une insonorisation sera généralement
indispensable afin de respecter les prescriptions contre le bruit.
11.2.1
Chauffage des locaux par des
conduites de chauffage
6
7
5
6
5
Pour pouvoir utiliser la chaleur produite par une station de
compresseurs, le volume d’air chauffé doit être transporté vers
les locaux à chauffer dans des gaines. L’installation n’est
conseillée que pour les gros compresseurs, car les
compresseurs de petites tailles ne génèrent pas suffisamment
de chaleur.
8
Le volume d’air de refroidissement passe sur le compresseur
et le moteur d’entraînement, absorbe la chaleur émise, puis
est aspiré dans une conduite d’évacuation grâce à un ventilateur.
Le volume d’air froid est généralement porté à une température
de +50°C à +60°C.
9
1
2
3
4
2
=
=
=
=
5 =
6 =
7 =
8 =
9 =
1
4
3
Compresseur insonorisé
Conduite d’alimentation en air
Conduite d’évacuation de l’air
Ventilateur par évacuation d’air
supplémentaire
Volets de réglage
(à commande thermostatique)
Conduites de dérivation
(chauffage des locaux)
Echangeur de chaleur
Conduite d’évacuation
(à l’air libre pour l’été)
Volet d’admission d’air
L’utilisation de la chaleur du compresseur pour chauffer des
locaux suppose un compresseur capoté (insonorisé) équipé
d’un système de transport de l’air par conduites. Les
compresseurs à vis BOGE sont insonorisés en série et
possèdent un ventilateur interne. Ils peuvent donc être raccordés
sans difficulté à un système de conduites. Les compresseurs
non capotés (comme par exemple la plupart des compresseurs
à pistons) peuvent être équipés ultérieurement pour utiliser la
chaleur produite par le compresseur en installant un capot
d’insonorisation adapté.
Figure 11.2 :
Schéma fonctionnel d’un gainage
189
Récupération de la chaleur
11.2.2
Fonctionnement d’un chauffage de
locaux
Des gaines isolées transportent l’air de refroidissement chaud
du ou des compresseurs à l’intérieur du bâtiment lorsqu’il fait
froid à l’extérieur. Les locaux sont ainsi chauffés. Lorsque les
températures extérieures sont élevées, une gaine évacue l’air
de refroidissement chaud à l’air libre.
Le courant d’air de refroidissement passe par des volets d’entrée
d’air et de régulation. Il est recommandé de commander les
volets et les ventilateurs au moyen de thermostats, installés
dans les pièces chauffées pour y surveiller la température.
Des mesures de protection contre les incendies sont prescrites
pour éviter une propagation des flammes par les conduites de
ventilation. La norme DIN 4102, partie 6, exige l’installation de
volets pare-feu à fermeture automatique lorsque des conduites
de ventilation traversent un mur.
Il est possible d’installer des échangeurs de chaleur dans les
conduites. Ils permettent de chauffer l’eau à une température
de +40°C environ. Cette eau chaude peut être utilisée pour
délester le système de chauffage central ou en tant qu’eau non
potable.
11.2.3
Rentabilité d’un chauffage
de locaux
Les frais d’installation du chauffage des locaux peuvent s’avérer
trop élevés par rapport aux économies d’énergie réalisées. Avant
d’engager les frais d’installation d’un système de chauffage, il
faut s’assurer que l’on dispose d’une chaleur suffisante pour
justifier cet investissement. Il faut tenir compte du fait que le
courant d’air chaud se refroidit obligatoirement lors de son
transport dans le système de conduites.Les frais
d’investissement doivent rester en relation avec les économies
de chauffage réalisées.
Ces économies augmentent avec la durée de fonctionnement
du compresseur. Plus le compresseur tourne longtemps, plus
le chauffage des locaux sera efficace.
190
Récupération de la chaleur
11.3
Des systèmes de récupération de chaleur spéciaux sont prévus
sur les compresseurs à vis refroidis par injection d’huile afin de
chauffer l’eau non potable et l’eau de chauffage. Un échangeur
de chaleur est installé dans le compresseur, dans le courant
principal de l’huile chaude. L’huile brûlante du compresseur
chauffe l’eau non potable et de chauffage.
L’échangeur de chaleur
Duotherm
L’échangeur de chaleur Duotherm fonctionne indépendamment
du système de refroidissement du compresseur car, placé en
amont du radiateur d’air ou d’eau, il fait office de précondenseur.
11.3.1
Le système Duotherm BPT a pour but de chauffer l’eau de
chauffage ou de production. Le coeur du système est constitué
par un échangeur de chaleur à plaques, composé d’un certain
nombres de plaques en acier inoxydable profilé. Les plaques
agencées les unes sur les autres forment un système de deux
canaux isolés mutuellement. Les plaques sont soudées entre
elles grâce à un processus de brasage spécial. Les joints, qui
présentent un risque de fuites inhérent, sont superflus.
L’échangeur de chaleur qui en résulte fonctionne très
efficacement en toute fiabilité.
Duotherm BPT
Principe de fonctionnement
Figure 11.3 :
Système de récupération de la chaleur
Duotherm BPT de BOGE
Sortie air
comprimé
1
2
3
5
9
4
10
8
6
Caractéristiques
Avance
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
Une soupape de réglage d’huile thermostatique est installée en
amont et en aval de l’échangeur de chaleur. Selon la température
de l’huile, le courant d’huile est soit dirigé vers le radiateur d’huile
et l’échangeur de chaleur, soit les contourne par une conduite
de dérivation.
Refoulement
11
7
L’huile contenue dans le circuit de l’huile du compresseur est
chauffée à +90°C et passe dans les plaques de l’échangeur de
chaleur. L’eau qui vient en contre sens dans l’échangeur de
chaleur est chauffée à +70°C. La quantité d’eau chauffée dépend
de la différence de température.
6
Filtre d’aspiration
Régulateur d’aspiration
Bloc-vis
Réservoir d’air comprimé-huile
Séparateur d’huile
Soupape de réglage d’huile thermostat.
Radiateur d’huile
Filtre à huile
Soupape anti-retour à pression minima
Radiateur d’air comprimé auxiliaire
Echangeur de chaleur
– Un espace clos se forme lorsque les soupapes d’arrêt sont
fermées simultanément sur l’alimentation et l’évacuation de
l’eau. L’eau qui se réchauffe dans cet espace provoque une
dilatation et une augmentation de la pression. Pour éviter
de détériorer les plaques de l’échangeur de chaleur, il faut
installer un vase d’expansion et une soupape de sécurité.
– Lorsque l’eau est fortement souillée, il faut installer un
collecteur d’impuretés présentant une largeur de pores de
0,6 mm maximum dans la conduite d’arrivée d’eau.
– Il faut prévoir des purgeurs pour nettoyer l’échangeur de
chaleur.
– L’échangeur de chaleur à plaques est normalement intégré
dans la cage du compresseur. Il peut cependant être installé
séparément ou être rajouté ultérieurement.
Figure 11.4 :
Schéma fonctionnel du Duotherm BPT de BOGE
191
Récupération de la chaleur
11.3.2
Le système Duotherm BSW permet de chauffer l’eau potable
et non potable. Les règlements de sécurité appliqués dans le
domaine sanitaire étant différents, ce système se compose
d’un échangeur de chaleur de sécurité. Deux circuits
indépendants sont séparés d’un de l’autre par un liquide
intermédiaire.
Duotherm BSW
Le système BSW est un échangeur de chaleur à faisceau
tubulaire dans lequel se trouvent deux tubes qui ne se touchent
pas. L’espace de sécurité contenu dans ce faisceau tubulaire
est rempli d’un liquide intermédiaire non toxique. Le liquide
intermédiaire a pour tâche de transmettre la chaleur et
d’empêcher que l’huile ne se mélange à l’eau en cas de
dommage. Une pollution de l’eau potable est ainsi exclue.
Figure 11.5 :
Système de récupération de la chaleur
Duotherm BSW de BOGE
Sortie air
comprimé
3
1
2
5
9
10
4
Principe de fonctionnement
8
Refoulement
6
12
13
11
Alim.
7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
6
Filtre d’aspiration
Régulateur d’aspiration
Bloc vis
Révervoir d’air comprimé-huile
Séparateur d’huile
Soupape de réglage d’huile thermostat.
Radiateur d’huile
Filtre à huile
Soupape anti-retour à pression minima
Radiateur d’air comprimé auxiliaire
Echangeur de chaleur de sécurité
Manostat d’asservissement
Récipient de compensation
Figure 11.6 :
Schéma fonctionnel du Duotherm BSW de BOGE
192
Un manostat d’asservissement est activé immédiatement
lorsqu’un tuyau se rompt dans le système. L’impulsion émise
peut être traitée individuellement (pour donner l’alarme ou
désactiver le système).
L’huile contenu dans le circuit de l’huile du compresseur est
chauffée à +90°C environ, puis passe dans un faisceau tubulaire.
Le liquide intermédiaire transmet la chaleur à l’eau non potable
contenue dans le deuxième faisceau tubulaire. L’eau venant en
contre sens par le deuxième faisceau tubulaire peut être chauffée
à +55°C environ. La quantité d’eau chauffée dépend de la
différence de température. L’eau chaude est ensuite dirigée dans
un réservoir approprié (ballon d’eau chaude), à partir duquel elle
alimente le réseau d’eau chaude.
Une soupape de réglage d’huile thermostatique est installée en
amont et en aval de l’échangeur de chaleur. Selon la température
de l’huile, le flux d’huile est soit dirigé vers le radiateur d’huile
et l’échangeur de chaleur, soit les contourne par une conduite
en dérivation.
Caractéristiques
– La valeur réglée sur le manostat d’asservissement doit être
au moins 20% inférieure à la pression minimale du produit
utilisé.
– Conditions d’utilisation
Pression minimale de l’eau
0,5 bar
Pression maximale de l’eau
16 bar
Pression maximale de l’huile
16 bar
Pression maximale du liquide intermédiaire
10 bar
Température maximale (huile et eau)
+100°C
Des défaillances se produisent et l’alarme est déclenchée
lorsque la température maximale est dépassée.
– L’échangeur de chaleur de sécurité BSW est intégré dans
le caisson du compresseur en fonction de sa taille. Il peut
être également installé séparément ou être rajouté
ultérieurement.
Récupération de la chaleur
11.3.3
Economies d’énergie réalisables
Le système Duotherm permet de disposer de 75 % de la
puissance 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 quantité
de chaleur et d’eau chaude utilisables ont été définies sur la
base de la rétention de l’énergie et des lois générales sur le
transfert thermique. Elles s’appliquent en principe aux deux
systèmes Duotherm. Si l’on utilise un système Duotherm BWT,
le réchauffement de l’eau non potable au dessus de +55°C n’est
pas économique, car la quantité d’eau chauffée est trop faible.
Les valeurs fournies supposent que le compresseur fonctionne
en continu. Les pertes thermiques ne sont pas prises en compte
en raison des différentes conditions d’exploitation. Le calcul
des économies de chauffage se base sur un système de
chauffage au mazout conventionnel :
–
–
–
–
Puissance
d’entraînement
[ kW ]
Puissance
dissipée
[ kW/h ]
Quantité de
chaleur
utilisable
[ MJ/h ]
11,0
15,0
18,5
22,0
30,0
37,0
45,0
55,0
65,0
75,0
90,0
110,0
132,0
160,0
200,0
250,0
8,9
12,3
14,8
17,7
24,4
30,3
37,7
45,5
54,9
63,1
74,0
90,0
110,5
133,5
168,3
208,9
32,0
44,2
53,2
63,7
87,8
109,0
135,7
163,8
197,6
227,1
266,4
324,0
397,0
480,6
605,8
752,0
Valeur calorifique H spécifique du mazout
Prix du mazout
Rendement thermique
Heures de fonctionnement
Quantité d’eau pour
∆ t 25 K
∆ t 50 K
∆ t 35 K
313 → 338 K 293 → 328 K 293 → 343 K
[ m³/h ]
[ m³/h ]
[ m³/h ]
0,305
0,420
0,509
0,609
0,835
1,040
1,295
1,565
1,885
2,170
2,545
3,095
3,800
4,590
5,790
7,180
0,217
0,300
0,363
0,435
0,596
0,743
0,925
1,118
1,346
1,550
1,818
2,210
2,714
3,278
4,136
5,128
0,152
0,210
0,255
0,305
0,417
0,520
0,647
0,782
0,942
1,085
1,272
1,547
1,900
2,295
2,895
3,590
38,0 MJ/l
0,40 DM/l
75 %
1000 h
Economies
réalisées
sur 1000 h
[ DM ]
449,620,746,894,1232,1530,1905,2300,2770,3187,3740,4547,5570,6745,8500,10550,-
193
Récupération de la chaleur
11.4
Récupération de la chaleur :
conclusion
Les compresseurs permettent de réaliser de très grandes
économies sur le plan de l’énergie et des frais d’exploitation
grâce à la chaleur qu’ils produisent. Il ne faut cependant pas
commettre l’erreur de vouloir utiliser coûte que coûte la chaleur
générée par un petit compresseur. Cela ne sera généralement
rentable que sur les gros compresseurs à vis et à pistons, et
les systèmes combinés. L’énergie utilisable croît parallèlement
à la puissance du compresseur.
Les frais d’investissement d’un dispositif de récupération de la
chaleur dépendent dans une large mesure de l’architecture sur
site. Il faut en tenir compte, car elles influencent grandement la
durée d’amortissement du dispositif.
Il est bon de décider dès le départ si la chaleur sera utilisée
pour chauffer les locaux ou pour chauffer l’eau non potable et
de chauffage, tout en considérant que le chauffage des locaux
est rarement utilisé en été.
L’utilisation du compresseur joue un rôle essentiel lorsque l’on
envisage de récupérer la chaleur. Plus la durée de fonctionnement
du compresseur est élevée, plus l’utilisation de la chaleur qu’il
produit sera rentable, car elle sera disponible en continu et en
quantité suffisante.
Avant d’installer un dispositif de récupération de la chaleur, il
est conseillé de calculer la quantité de chaleur nécessitée sur
le site d’installation. Cette analyse sera alors comparée aux
durées de fonctionnement moyennes du compresseur.
La rentabilité du dispositif de récupération de la chaleur résulte
de cette comparaison. Elle montre également si la récupération
est en mesure de couvrir à elle seule les besoins en chaleur ou
si un système de chauffage auxiliaire sera nécessaire.
194
Le son
12.
Le son
12.1
La nature du son
Les ondes sonores sont les vibrations mécaniques produites
par un milieu matériel élastique. Elles se propagent dans les
milieux solides, liquides et gazeux sous forme de variations de
pression (ondes sonores) à partir d’une source sonore, c’est-àdire d’un corps en vibration. L’acoustique est le domaine de la
physique qui traite des sons.
Les corps en vibration, indépendamment de leur forme et de
leurs conditions de fonctionnement, sont en mesure de
transmettre des ondes sonores. Ce sont des sources sonores.
Il peut d’agir de cordes, de barres, de plaques, de colonnes
d’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 peuvent
transmettre les vibrations sur les objets solides. On parle dans
ce cas de bruit du corps.
12.1.1
On observe les relations suivantes entre les vibrations émises
par une source sonore et le son perçu par l’oreille :
La perception du son
Amplitude de la vibration
L’amplitude est l’écart de pression périodique qui se produit
dans une onde sonore.
Elle correspond à l’intensité sonore d’une impression sonore
ressentie par une personne.
Amplitude (pression
sonore)
Fréquence de la vibration
La fréquence est le nombre de variations de pression au cours
d’une unité de temps. Elle est généralement indiquée en Hz
(cycles par seconde).
Tonalité
Elle correspond à la hauteur du son d’une impression sonore
perçue par une personne.
Sonorité
Types de vibrations
Il existe différents types de vibrations qui provoquent des
impressions sonores également différentes :
Bruit
Temps
Détonation
Figure 12.1 :
Les impressions sonores
– Tonalité
Une tonalité (tonalité pure) est une vibration sinusoïdale.
– Sonorité
Une sonorité est la superposition de plusieurs tonalités.
Plusieurs vibrations sinusoïdales se superposent pour former
une vibration non sinusoïdale. La tonalité qui présente la
fréquence la plus basse détermine l’intensité de la perception
sonore dans son ensemble. Les autres tonalités (les sons
dominants) donnent l’impression du timbre acoustique.
– Bruit
Un bruit est une vibration irrégulière. C’est l’association de
plusieurs fréquences de différentes magnitudes.
– Détonation
Une détonation est une impression sonore unique, brève et
violente.
195
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 produit
dans une onde sonore. Elle est exprimée en Pa (10-5 bar).
Dans les milieux gazeux, la pression acoustique est superposée
à la pression gazeuse existante p. La pression acoustique
dépend dans une large mesure de différents facteurs, tels que
par exemple l’intensité de la source sonore, les conditions de
l’environnement, etc.
La pression acoustique oscille entre 2 × 10-4 Pa env. dans le
cas du tic tac d’une montre et 65 Pa environ à proximité
immédiate d’un avion au décollage.
12.2.2
Niveau sonore
Pour pouvoir mieux manipuler les grandeurs acoustiques, la
valeur est comparée à une grandeur de référence et portée au
logarithme. Les niveaux, logarithmes d’une valeur
proportionnelle, sont des grandeurs abstraites. La désignation
dB (décibel) y est ajoutée.
Le niveau de pression acoustique est défini proportionnellement
à la pression de référence p0 = 2 × 10-5 Pa et porté au logarithme.
La formule suivante permet de calculer le niveau de pression
sonore :
Lp
~
p
= 20 lg —— dB
p0
LP
~
p
= Niveau de pression acoustique
= Pression acoustique
p0
= Pression acoustiquede réf.
[dB]
[Pa]
[2 × 10 Pa]
-5
Les autres grandeurs en matière d’acoustique sont traitées de
manière similaire. En acoustique, on utilise généralement les
niveaux pour indiquer des grandeurs.
12.2.3
Intensité sonore
L’intensité sonore exprime l’énergie sonore dégagée par une
source sonore en une seconde. Il s’agit d’une grandeur
spécifique à la machine (grandeur d’émission) qui peut être
influencée en prenant des mesures d’insonorisation.
L’intensité sonore d’une machine permet par exemple de calculer
approximativement le niveau de pression acoustique qui règne
à un endroit précis. Il est tenu compte de l’éloignement, des
conditions de construction et des autres sources sonores pour
ce faire et il s’avère souvent inutile de réaliser d’autres mesures.
196
Le son
Niv. de pr. acoustique [dB]
12.3
Perception du son par
l’oreille humaine
Seuil de douleurs
Plage audible
Seuil
d’audibilité
Fréquence [Hz]
Figure 12.2 :
La plage audible de l’oreille humaine
12.3.1
Niveau d’intensité d’un son
Seules les fréquences situées entre 16 et 20000 Hz sont
généralement audibles pour l’oreille humaine. Les fréquences
plus élevées sont connues sous le terme d’ultrasons, les
fréquences plus basses sont qualifiées d’infrasons. La pression
acoustique perceptible oscille entre 10-5 Pa et 100 Pa, une
pression acoustique de 100 Pa provoquant presque toujours la
destruction de l’organe auditif.
L’oreille humaine ne perçoit pas les différentes pressions
acoustiques et fréquences avec la même intensité. La plage
audible présentée ci-contre schématise les gammes de
pressions acoustiques et de fréquences perceptibles par l’oreille
humaine. La courbe inférieure symbolise le seuil d’audibilité
et la courbe supérieure le seuil de douleurs. La gamme de
pression acoustique la plus large perçue par l’oreille se situe
aux alentours de 1 000 Hz .
La pression acoustique est une grandeur physique qui peut
donc être mesurée. L’intensité avec laquelle une personne la
perçoit est une grandeur physiologique qui dépend du sens de
l’ouïe de chacun.
Le niveau d’intensité est une valeur définie de manière empirique.
La perception de l’intensité sonore ressentie par diverses
personnes a fait l’objet de toute une série de tests à partir
desquels il a été possible d’établir une moyenne. Le niveau
d’intensité d’un son est exprimé en Phone.
A 1 000 Hz, le niveau d’intensité est égal au niveau de pression
acoustique non pondéré. Le niveau d’intensité ne peut pas être
mesuré au moyen d’instruments de mesure. Pour cette raison,
il est très difficile et voire impossible de réaliser des mesures
comparatives ou des calculs.
12.3.2
Niveau sonore pondéré dB ( A )
Les grandeurs acoustiques doivent être adaptées au niveau de
perception de l’oreille humaine pour pouvoir être vérifiées sur le
plan technique. Le niveau de pression acoustique réel est ajusté
à la sensibilité de l’oreille en fonction de la fréquence au moyen
de valeurs de correction précises. Différentes courbes standard
ont été définies au niveau international pour les valeurs de
correction.
Les courbes indiquées ci-dessous illustrent différents domaines
d’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 lettre
correspondant à sa courbe, dB (A) par exemple.
La courbe A est principalement utilisée pour mesurer le bruit
émis par les compresseurs et autres machines. La norme DIN
45635 se sert du niveau de pression acoustique pondéré A
pour mesurer le bruit.
197
Le son
12.3.3
Le diagramme ci-dessous illustre, outre la gamme auditive
moyenne humaine, située entre le seuil d’audibilité et le seuil
de douleurs, divers exemples symbolisant plusieurs intensités
sonores.
Comparaison des différentes
intensités sonores
Phone
Froid
se
Niveau de pression acoustique [dB]
Seuil de douleurs
ui
la
ud
iti
fn
or
m
al
Fréquence [Hz]
Le tic-tac d’une montre correspond à un niveau de pression
acoustique de 20 dB (A) environ.
Une conversation normale à une distance de 1 m environ
correspond à un niveau de pression acoustique de 70 dB (A)
env.
198
Le son
12.4
Comportement du son
La propagation et le comportement général du son dépendent
de différents facteurs. Il faut aussi considérer que la puissance
sonore d’une machine (source sonore) reste constante.
12.4.1
Distance par rapport à une source
sonore
La pression acoustique générée par une source sonore diminue
obligatoirement plus on s’en éloigne. La puissance sonore
constante émise par une source sonore se répartit sur une
surface qui augmente en fonction de la distance (dispersion).
La forme de l’onde sonore ne joue pas un grand rôle lors de ce
phénomène. Les machines et les compresseurs émettent une
énergie sonore qui se présente presque toujours sous la forme
d’une demi-sphère, car ces appareils sont généralement posés
sur un sol ferme.
Le niveau de pression acoustique diminue conformément aux
valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous, la valeur de
référence est une distance de 1 m :
Eloignement de la source sonore
[m]
Réduction du niv. de pr. acoustique[dB (A)]
1
2
5
10
25
50
100
0
5
12
16
23
28
32
Ces valeurs, fournies à titre indicatif, supposent la libre
propagation du son sur un plan dégagé. Un certain pourcentage
de réflexion causée par un sol normal et réverbérant a été pris
en considération.
Exemple
Un compresseur à vis superinsonorisé BOGE S 21 se trouve
dans un vaste hall. Il génère un niveau de pression acoustique
de 69 dB (A) selon DIN 45635. A 10 m de distance, le niveau
sonore généré par le compresseur ne sera plus que de 57 dB
(A) environ.
12.4.2
Réflexion et absorption
Réflexions
Son direct
Figure 12.2 :
Propagation du son dans une pièce fermée
Une partie du son est réfléchie par les murs et d’autres objets.
Un champ d’ondes sonores diffuses dû aux réflexions se produit
à l’intérieur des locaux. Le niveau de pression acoustique général
est accru dans le local en raison des sons réfléchis, qui sont
en fait de l’écho.
Les matériaux extrêmement durs et lisses, tels que les murs
en briques, réfléchissent une grande partie du son. La forme de
la surface revêt une importance essentielle lors de la réflexion.
Si on isole une pièce au moyen de pyramides de matériau
isolant dans un ordre précis, on obtient une chambre sourde
insensible aux réflexions. Des chambres de ce genre sont
utilisées pour réaliser des mesures de pression acoustique et
analogues avec une précision scientifique.
Le son qui n’est pas réfléchi est absorbé par les murs ou les
objets. Le matériau transmet le son absorbé et l’amortit. Il est
généralement transmis à un autre milieu, l’air par exemple. Les
matériaux présentant un module élastique élevé, comme l’acier
notamment, sont d’excellents conducteurs de son. L’amortissement est généralement faible.
199
Le son
12.4.3
Amortissement du son
Son
Son émis
Son
réfléchi
Son
absorbé
Figure 12.3 :
Isolation sonore par les murs
12.4.5
Propagation sonore dans les
tuyaux et les conduites
L’amortissement est la conversion de l’énergie sonore en chaleur,
générée par le frottement des particules entre elles. Le son est
absorbé au cours de ce phénomène. Le bruit transmis par l’air
est amorti au moyen de matériaux d’absorption poreux ou
fibreux, présentant un faible coefficient d’élasticité et une grande
densité au mètre carré (kg/m²). L’amortissement du son grâce
à l’emploi de matériaux appropriés dépend également du
spectres de fréquences du son. Certaines fréquences sont
amorties davantage que d’autres.
La température et l’humidité jouent un grand rôle dans
l’amortissement du son par l’air. Dans des conditions normales, il ne se fait ressentir qu’à partir d’une distance de 200 m.
L’amortissement est plus important lorsque l’humidité est très
élevée, en présence de brouillard par exemple.
Des lois particulières régissent la propagation du son dans les
tuyaux et les conduites. Le flux et les réflexions dans un canal
étroit favorisent la propagation du son. Il est nécessaire de
prendre des mesures contre la libre propagation du son dans
les gaines, particulièrement si on utilise l’air d’échappement du
compresseur pour le chauffage.
Une onde sonore est dirigée dans le canal d’évacuation à partir
d’un compresseur insonorisé. Le son qui n’est pas absorbé par
le dispositif d’insonorisation se propage dans le système de
canalisations. Il parvient dans les locaux chauffés sans
rencontrer d’obstacles.
Il est possible de prendre différentes mesures pour limiter la
propagation du son dans les gaines ou les tuyaux :
– Amortissement linéaire
Les gaines sont revêtues de matériaux très absorbants.
L’énergie sonore est ainsi réduite et le niveau de pression
acoustique diminue dans les gaines.
Figure 12.4 :
Silencieux à absorption à coulisseaux droits
200
– Silencieux à absorption
Un matériau absorbant le son (laine minérale par exemple)
est introduit dans une section de la gaine. Il absorbe une
grande partie de l’énergie sonore, de la même manière que
les murs. Le désavantage majeur de ce silencieux réside
dans sa grande résistance hydraulique. Il est déconseillé
d’installer un silencieux de ce genre dans les gaines dotées
de ventilateurs par évacuation de grandes dimensions.
Le son
12.4.6
Niveau de pression acoustique
de plusieurs sources sonores
Le niveau de pression acoustique est renforcé si plusieurs
sources sonores cohabitent dans une pièce. Plus on émet
d’énergie sonore, plus la pression sonore est élevée. L’intensité
perçue augmente. Les corrélations ne sont pas linéaires. Elles
dépendent dans une large mesure de la structure de la pièce,
du niveau de pression acoustique des différentes sources et du
spectre de fréquence de ces sources. Les deux cas les plus
simples 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 est
possible qu’elles présentent d’importantes divergences dans
des cas particuliers.
12.4.6.1 Niveau de pression acoustique
de plusieurs sources sonore de
niveaux identiques
La corrélation est relativement simple lorsque deux ou plusieurs
sources sonores de niveau de pression acoustique identique
cohabitent dans la même pièce. Le tableau ci-dessous indique
l’accroissement du niveau de pression acoustique, sans tenir
compte des éventuelles réflexions ou perturbations acoustiques.
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
Le niveau de pression acoustique total est obtenu en
additionnant son accroissement à celui des différentes sources
sonores.
Exemple
Trois compresseurs à vis superinsonorisés BOGE S 21 se
trouvent dans un vaste hall. Chacun d’eux génère un niveau de
pression acoustique de 69 dB (A) selon DIN 45635. Le niveau
de pression acoustique total sera donc de 74 dB (A) [69 + 5].
∆ L [ dB ( A ) ]
12.4.6.2 Niveau de pression acoustique
de deux sources sonores de
niveaux différents
L1 + L2 → L1 + ∆ L
Le niveau de pression acoustique total de deux niveaux sonores différents (L1 et L2) est déterminé au moyen d’un diagramme.
Dans le cas de plusieurs sources sonores de niveaux différents,
les corrélations deviennent très compliquées.
∆L) à partir duquel
Le diagramme indique le nombre de décibels (∆
L1, le niveau de pression acoustique le plus élevé, augmente
en fonction de la différence des deux niveaux (L1 - L2).
Exemple
L1 - L2 [ dB ( A ) ]
Figure 12.5 :
Amplification du son de deux sources de niveau
différent
Un compresseur émettant un niveau de pression acoustique
de 69 dB (A) selon DIN 45635 et un compresseur dégageant un
niveau de pression acoustique de 74 dB (A) se trouvent dans la
même pièce. Le niveau de pression acoustique total sera dans
ce cas de 75,3 dB (A) environ.
[74 - 69 = 5 → 74 +1,3 = 75,3]
201
Le son
12.5
Effets du bruit
150
140
130
Niveau de pression acoustique [dB (A)]
120
110
Lésions
mécaniques
100
Surdité
90
80
Lésions
auditives
70
Surdité causée par
60
Réactions
le bruit, lésions de
physiologiques l’oreille interne
50
effets nerveux, stress
rendement de travail
moindre, pertes de
concentration
40
30
20
Réactions
physiques
10
Colère
Irritation
Figure 12.6 :
Bruit néfaste pour la santé
irrémédiables
Le bruit est une forme de son, mais il s’agit d’un son indésirable,
gênant, voire même douloureux. Le bruit a différents effets
négatifs qui dépendent de son niveau de pression acoustique :
– Difficultés de concentration
– Un niveau de pression acoustique de 70 dB (A) gêne la
communication vocale.
– Un niveau de pression acoustique de 85 dB (A) cause
généralement une lésion auditive temporaire à l’issue d’une
journée de 8 heures. Si cette contrainte est appliquée
pendant plusieurs années, des lésions auditives durables
peuvent en résulter.
– Un niveau de pression acoustique de 110 dB (A) cause une
réduction des facultés auditives en très peu de temps. Si
cette contrainte persiste pendant plusieurs heures, il en
résultera très probablement une lésion auditive permanente.
– Un niveau de pression acoustique de 135 dB (A) et davantage
provoque généralement une lésion immédiate du sens de
l’ouïe.
202
Le son
12.6
Directives de protection
contre le bruit
Des règles de sécurité contre le bruit ont été définies pour les
emplacements de travail afin d’éviter les effets négatifs qu’il
entraîne. Les directives de protection contre le bruit ont pour
but de protéger les facultés auditives des employés à longue
échéance et d’améliorer les conditions de travail générales.
12.6.1
Règles de sécurité applicables
par les entreprises générant du
bruit
(décembre 1974)
Les règles de sécurité auxquelles les entreprises générant du
bruit doivent satisfaire sont énumérées ci-dessous.
– Les zones bruyantes excédant 90 dB (A) doivent faire l’objet
d’un marquage particulier.
– A partir de 85 dB (A), des équipements de protection contre
le bruit doivent être mis à la disposition des employés. Les
équipements de protection auditive doivent être portés
continuellement lorsque le niveau de pression acoustique
dépasse 90 dB (A).
– Des mesures appropriées doivent être prises si les risques
d’accident croissent avec le bruit.
– Une visite médicale préventive régulière est prescrite par le
législateur pour tous les employés lorsque le niveau de
pression acoustique dépasse 85 dB (A).
– Les locaux de travail nouvellement construits doivent satisfaire
aux techniques les plus modernes en matière de limitation
du bruit.
12.6.2
Règles de sécurité en vigueur
pour les compresseurs (VBG 16)
(avril 1987)
§ 12 par. 3
Le niveau de pression acoustique maximum
admissible est de 85 dB (A) lorsque l’installation
se trouve à l’intérieur des locaux de travail. Le bruit
est mesuré sur l’emplacement de travail
conformément aux spécifications de la norme DIN
45635.
Remarque : Les locaux d’activités sont dissociés du local
technique du compresseur, même si des
opérations de maintenance prolongées y sont
exécutées.
12.6.3
Directives nationales appliquées
sur l’emplacement de travail
(avril 1975)
Le niveau de pression acoustique mesuré dans les locaux de
travail doit rester aussi faible que possible (§ 15). Il ne doit pas
excéder les valeurs suivantes :
55 dB (A)
dans le cas d’une activité principalement
intellectuelle sur l’emplacement de travail.
55 dB (A)
dans les locaux de détente.
70 dB (A)
dans le cas d’activités de bureau simples et
principalement mécanisées.
85 dB (A)
dans le cas des autres activités (production,
montage et activités similaires).
203
Le son
12.6.4
Règlements administratifs
généraux nationaux relatifs au
bruit (juillet 1984)
Ces règlements définissent les valeurs d’émission générales
appliquées aux zones commerciales et résidentielles. Ils
spécifient le niveau de pression acoustique admissible dans
les zones correspondantes. Il faut en outre tenir compte non
seulement du bruit inhérent à la circulation automobile, mais
aussi de celui causé par les entreprises industrielles.
Emplacement de la mesure :
A 0,5 m d’une fenêtre ouverte auprès de la personne la plus
touchée par le bruit.
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%
Zone essentiellement
industrielle
Zone industrielle et
logements
Majorité de logements
100% de logements
Cliniques et hôpitaux
Logements constituant
des annexes des
bâtiments industriels
204
70
70
65
50
60
55
50
45
45
40
35
35
60
45
Le son
12.7
Mesure du bruit
Pour mesurer le bruit émis par les compresseurs et machines
similaires, on se sert en premier lieu de la méthode de la
surface enveloppante selon DIN 45635. Cette norme définit
les conditions nécessaires pour mesurer le bruit émis par les
compresseurs et machines similaires dans leur environnement
immédiat au moyen de méthodes standard, permettant ainsi
de comparer les résultats.
Le bruit est avant tout mesuré sur les compresseurs et machines
afin de définir si certaines exigences doivent être remplies. Les
valeurs déterminées sont précieuses pour
– comparer des machines similaires.
– comparer des machines différentes.
– estimer le niveau de pression acoustique à une certaine
distance.
– vérifier les émissions sonores spécifiées par les directives
de protection contre le bruit.
– planifier les mesures de protection contre le bruit.
12.8
Insonorisation
des compresseurs
Les compresseurs dépassent parfois un niveau de pression
acoustique de 85 dB (A), qui sera encore plus important si
plusieurs compresseurs dépourvus d’un équipement
d’insonorisation fonctionnent dans une même pièce. Il est
recommandé dans ce cas d’installer des compresseurs
insonorisés, car la loi relative à la protection du travail conseille
le 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 sur
l’emplacement de travail. On évite ainsi les frais occasionnés
par les longs réseaux de conduites, les salles de compresseurs
séparées, et on limite les chutes de pression dans les conduites
d’air comprimé.
Les matériaux utilisés pour réaliser l’insonorisation doivent
satisfaire à certaines exigences :
Figure 12.7 :
Compresseurs à vis insonorisés BOGE
– ininflammabilité
– insensibilité à la poussière
– insensibilité à l’huile
La laine minérale (ou fibres de verres) est principalement utilisée
pour insonoriser les compresseurs. On emploie également des
matériaux en mousse exempts de CFC, difficilement
inflammables, auto-extincteurs, intégrés dans le capotage du
compresseur.
205
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 être
décomposés en trois parties :
– Frais de maintenance et de réparations
Les frais de maintenance comprennent le salaire du monteur,
les pièces détachées et les matériaux consommables : huile
de lubrification et de refroidissement, filtre à air, filtre à huile,
etc.
– Coûts énergétiques
Les coûts énergétiques sont les frais d’électricité ou de
carburant. Ils sont nécessaires pour chauffer le compresseur.
– Côuts financiers
Les coûts financiers se composent des intérêts et du
remboursement des investissements (compresseur,
système de traitement et réseau de conduites) liés au capital.
Ce sont les coûts d’amortissement et les coûts du loyer de
l’argent.
13.1.1
Les coûts de l’air comprimé en
pourcentage
Le pourcentage représenté par les différents facteurs sera
différent en fonction des heures de fonctionnement annuelles.
On comptera 2000 heures si le compresseur fonctionne 8 heures
par jour, 4000 heures s’il tourne 16 heures par jour et 7500
heures par an s’il fonctionne 24 heures sur 24.
Un Kilowatt heure de 0,25 DM, une période d’amortissement
des coûts de 5 ans et un taux d’intérêt de 8 % ont été considérés
pour déterminer les pourcentages.
100%
90%
80%
Facteurs de coûts
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
2000 h/A
4000 h/A
7500 h/A
Frais de maintenance et de réparations
Frais énergétiques
Coûts financiers
Figure 13.1 :
Coûts de l’air comprimé en fonction de la durée
d’utilisation annuelle
206
Heures de service par an
2000 h/A
4000 h/A
7500 h/A
[%]
[%]
[%]
Maintenance et
réparations
2
2,5
2,7
Coûts énergétiques
73
84
87
Coûts financiers
25
13,5
10,3
On constate clairement que les frais consacrés à l’énergie
représentent le facteur essentiel. Les frais de maintenance et
de réparations peuvent être considérés comme secondaires,
les coûts financiers ont également très peu de poids à longue
échéance. Le critère principal lors de l’acquisition d’une
installation de compresseurs sera donc sa consommation
énergétique.
Coûts de l’air comprimé
13.2
Calcul de rentabilité des coûts d’énergie
Constructeur
BOGE
Type
Compresseur à vis
Modèle
(1)
Débit réel de l’installation (D)
S40
m³/h
303
bar
8
selon PN2 CPTC2
Température ambiante t = 20°C
Pression de service
(2)
(3)
Consommation électrique
du compresseur
kW
de la courroie
kW
de l’entraînement
kW
du ventilateur
kW
de l’installation complète (Pe )
kW
Rendement du moteur (h)
31,89
92,5
pour un type de protection IP 54
(4)
Puissance totale absorbée (Pi)
kW
34,47
DM/kWh
0,25
DM/h
8,62
DM/m³
0,0284
m³/h
300
Heures de fonctionnement annuelles
h
2000
Consommation d’air annuelle
m³
600000
DM/An
17040
dans le réseau
Pi = Pe ( 2 ) x 100 / h (3)
(5)
Prix du courant (c )
(6)
Frais de courant horaires
C = Pi ( 4 ) x c ( 5 )
(7)
Coûts par m³ d’air comprimé
CV = C ( 6 ) / D ( 1 )
(8)
Frais annuels
Besoins en air comprimé ( DN )
DN/A = h x DN
(9)
Montant des frais annuels
CA = DN/A ( 8 ) x CV ( 7 )
( 10 ) Frais supplémentaires par an
Les pourcentages de marche à vide éventuels n’ont pas été considérés dans le calcul.
207
Certification CE
14.
Certification CE
14.1
Introduction
Le sigle CE représente le passeport technique d’une machine.
Depuis le 1er janvier 1995, il est interdit de vendre des machines
et installations au sein des pays de la communauté européenne
ou de les exposer si elles ne portent pas le sigle CE.
Les machines et les dispositifs doivent ainsi satisfaire non
seulement aux directives CE „Machines“, mais aussi aux
prescriptions et normes complémentaires éditées par la CE.
Directives appliquées dans le cas des compresseurs :
– Directive „Machines“ 89/392/CEE
Figure 14.1
Le sigle CE
(depuis le 1.1.95)
– Directive sur les basses
tensions 73/23/CEE
(depuis le 1.1.1997)
– Directives sur la compatibilité
électromagnétique 89/336/CEE
(depuis le 1.1.1996)
– Directive sur les réservoirs sous
pression simples 87/404/CEE
14.1.1
Directives relatives aux machines
commercialisées dans la CEE
La „Directive du conseil d’adaptation des prescriptions légales
des pays membres concernant les machines“ (89/392/CEE),
appelée couramment directive „Machines“, joue un rôle
déterminant.
Elle ne définit pas les mesures adaptées à chaque groupe de
produits, mais impose des règles de sécurité générales dans
le domaine des machines et des dispositifs sur les sites
d’installation.
Les exigences relatives à la sécurité et à la protection sanitaire
demandées aux machines figurent dans l’annexe I des
directives „Machines“ et constituent en fait la base sur laquelle
le fabricant va travailler.
Figure 14.2
Les pays de la communauté européenne
14.1.2
Domaines d’applications
En Allemagne, les directives „Machines“ ont par exemple été
converties en droit national par la directive numéro 9 de la loi
sur la sécurité des machines (directive sur les machines).
Dans le sens de ces directives, les machines sont un ensemble
de pièces ou d’éléments reliés entre eux, un au moins étant
mobile, ainsi que d’actionneurs, de circuits de commande et
d’énergie, assemblés dans le but d’une application précise.
Les éléments de sécurité, tels que les composants de
commutation à 2 mains, sont aussi soumis aux directives. Le
terme „Machines“ est donc défini de manière très large.
Certains équipements qu’il est obligatoire de spécifier ne sont
pas 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 aux
directives „Machines“.
208
Certification CE
14.2
Mise en service des machines
sur le marché
Les machines introduites sur le marché doivent satisfaire aux
conditions énoncées ci-dessous.
– Le sigle CE doit être apposé sur la machine. Il faut qu’il soit
visible, parfaitement lisible et permanent.
– Un certificat de conformité ou du fournisseur CE doit être
joint à la machine. Grâce à ce certificat, le fabricant confirme
que la machine satisfait aux exigences de sécurité et que
les processus prescrits dans le certificat de conformité CE
ou le contrôle de modèle type CE ont été respectés.
– Une documentation technique de la machine doit être disponible auprès du fabricant (totalité des plans, certificats et
rapports d’inspection, liste des normes et des règles de
sécurité respectées).
– Des instructions de service originales et des instructions de
service traduites dans la langue du pays d’utilisation doivent
être jointes à la machine.
Par la directive „Machines“, les autorités de surveillance des
pays membres de la CE s’engagent à vérifier que les directives
ont été respectées sur les machines portant le sigle CE en
réalisant des contrôles effectués au hasard.
Des mesures doivent être prises s’il est constaté que la machine
présente une source de risques pour des personnes, animaux
domestiques ou marchandises.
Ces mesures, prises par les autorités de surveillance peuvent
se présenter sous forme
– d’amandes.
– d’interdiction de mise en circulation de la machine.
– de rappel de toutes les machines concernées.
14.2.1
Sigle CE
Le constructeur est autorisé à apposer le sigle CE sur ses
machines dès la signature du certificat de conformité ou de
fournisseur CE.
Le sigle CE se compose des lettres „CE“ et éventuellement du
nom du service qui a vérifié la conformité. Il doit être visible,
lisible et permanent. Sa hauteur est de 5 mm au minimum. Sur
les machines de petites dimensions, cette hauteur minimale
pourra être adaptée.
Figure 14.3
Le sigle CE
Le sigle CE n’est pas une marque de qualité ou de sécurité. Il
doit être uniquement compris comme marque d’homologation,
ou passeport de la machine. Il permet la libre circulation des
marchandises au sein du marché intérieur européen.
209
Certification CE
14.2.2
Certificat de conformité CE
La directive „Machines“ 89/392/CEE stipule que le constructeur
de la machine ou du dispositif doit confirmer par écrit que la
machine qu’il introduit sur le marché satisfait aux exigences
de base sur le plan de la sécurité et sanitaire spécifiées dans
l’annexe I de la directive.
Cette confirmation écrite doit être rédigée dans la même langue
que les instructions de service. Une version dans une des
langues du pays d’utilisation doit y être jointe.
Le certificat de conformité CE doit contenir un certain nombre
d’informations, spécifiées ci-dessous.
– Nom et adresse du constructeur (ou de la personne
responsable 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 la
machine ou au dispositif)
– Où trouver les normes harmonisées si nécessaire
– Normes techniques et spécifications nationales
éventuellement appliquées
– Informations sur le signataire (titre, position dans l’entreprise)
– Nom et adresse du service de contrôle et de certification
accrédité qui a effectué la vérification
Le certificat de conformité CE de la société BOGE pour les
compresseurs prêts à être raccordés est présenté sur la page
suivante.
210
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 - Vi
B O G E Kompressoren, Lechtermannshof 26, 33739 BIELEFELD
(D) erklären hiermit, daß der nachstehende Kompressor in der von
uns gelieferten Ausführung folgenden einschlägigen Bestimmungen entspricht, insbesondere: 89/392/EWG Maschinenrichtlinie,
73/23/ EWG Niederspannungsrichtlinie, 87/404/EWG Richtlinie
über einfache unbefeuerte Druckbehälter, 89/336/EWG Richtlinie
über elektromagnetische Verträglichkeit
(NL) verklaren hiermede, dat de onderstaande compressor inde
door ons geleverde uitvoering aan de toegepaste normen voldoet,
speciaal: 89/392/EEG, 73/23/ EEG, 87/404/EEG, 89/336/EEG
(I) dichiariamo con la presente che il compressore seguente
ne’llesecuzione da noi fornita corrisponde alle norme applicate, in
particolare : 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE
(DK) erklærer hermed, at følgende kompressor i den af os
leverede udførelse stemmer overens med de anvendte standarder,
især: 89/392/ EøF, 73/23/ EøF , 87/404/ EøF, 89/336/ EøF
(GB) hereby declare that the following compressor in the design
delivered by us meets the standards applied, in particular: 89/392/
EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC
(S) förklarar härmed att nedanstående kompressor i av oss
levererat utförande uppfyller de tillåmpade normerna, sårskilt: 89/
392/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC
(F) déclarons par la présente que le compresseur délivré
mentionné ci-dessous est conforme aux normes, en particulier: 89/
392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE
(N) erklærer hermed at nedenstående kompressor i den utførelse
som er levert av oss er overensstemmelse med de anvendte
normer, særlig: 89/392/ EøF, 73/23/EøF, 87/404/EøF, 89/336/ EøF
(E) declaramos por la presente que el compresor figurado al final
(P)declaramos pela presente, que o compressor, a seguir
en la ejecución que hemos suministrado cumple las normas
mencionado na versão por nós fornecida corresponde às normas
aplicadas, en particular: 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE,
aplicadas, em especial: 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/
89/336/CEE
336/CEE
.................................................................................................................................................................................
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)
(I)
(GB)
(F)
(E)
(P)
NL)
(DK)
S)
N)
Angewendete harmonisierte Normen, insbesondere :
Norme armonizzate applicate, in particolare:
Harmonized standards applied, in particular:
prEN 1012 Teil 1
Normes harmonisées appliquées, en particulier:
EN 292 Teil 1+2
Normas armonizadas aplicadas, en particular:
EN 294
Normas armonizadas aplicadas, em especial:
EN 60204 Teil 1
Toegepaste geharmoniseerde normen, speciaal:
EN 286 Teil 1
Anvendte harmoniserede standarder, især:
EN 50081-1,2
Tillämpade harmoniserade normerna, sårskilt:
EN 50082-1,2
Anvendte harmoniserte normer, særlig:
(D)
(I)
(GB)
(F)
(E)
(P)
(NL)
(DK)
(S)
(N)
Angewendete nationale Spezifikationen, insbesondere :
Specificazioni nationali applicate, in particolare:
Harmonized standards applied, in particular:
Spécifications nationales appliquées, en particulier:
Especificaciones nacionales aplicadas, en particular: Gerätesicherheitsgesetz
Especificações nacionais aplicadas, em especial:
Verordnungen zum Gerätesicherheitsgesetz
Toegepaste nationale specificaties, speciaal:
Anvendte nationale specifikationer, især:
Tillämpade nationella specifikationer, sårskilt:
Anvendte nasjonale spesifikasjoner, særlig:
Bielefeld, le
Sicherheitsanforderungen Kompressoren
Sicherheit von Maschinen
Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsabstände
Sicherheit von Maschinen - Elektr. Ausrüstung
Einfache unbefeuerte Druckbehälter
Elektromagnetische Verträglichkeit - Störaussendung
Elektromagnetische Verträglichkeit -Störfestigkeit
Beutel, directeur développement/construction..................................................................
211
Certification CE
14.2.3
Certificat de fournisseur CE
Lorsqu’une machine, un élément de machine ou un agrégat
sont intégrés dans une autre machine, ou lorsqu’un élément de
machine est ajouté à d’autres (parties de) machines pour n’en
plus former qu’une seule, et que cette machine ou cet élément
de machine ne peut pas fonctionner tout(e) seul(e), il faut que
cette machine (élément de machine, agrégat) soit accompagnée
d’une déclaration du constructeur ou de la personne
responsable. Dans cette déclaration, le constructeur doit
confirmer par écrit que la machine qu’il commercialise est
conforme aux exigences demandées sur le plan de la sécurité
et sanitaire spécifiées dans l’annexe I des directives „Machines“ 89/392/CEE.
Cette déclaration doit être rédigée dans la même langue que
les instructions de service. Une version doit être jointe dans
une des langues du pays d’utilisation et accompagner chaque
machine.
Le certificat de fournisseur CE doit contenir un certain nombre
d’informations, spécifiées ci-dessous.
– Nom et adresse du constructeur (ou de la personne
responsable 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 la
machine ou au dispositif)
– Où trouver les normes harmonisées si nécessaire
– Normes techniques et spécifications nationales
éventuellement appliquées
– Remarque spécifiant que la mise en service est interdite
jusqu’à ce qu’il soit constaté que la machine dans laquelle
cette machine sera intégrée satisfait aux prescriptions de
la directive „Machines“ CE 89/392/CEE
– Informations sur le signataire (titre, position dans l’entreprise)
– Nom et adresse du service de contrôle et de certification
accrédité qui a effectué la vérification
Le certificat de fournisseur de la société BOGE pour les
compresseurs intégrés est présenté sur la page suivante.
212
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 - Vi
B O G E Kompressoren, Lechtermannshof 26, 33739 BIELEFELD
(D) erklären hiermit, daß der nachstehende Kompressor in der von uns gelieferten Ausführung zum Einbau in eine Maschine/Zusammenbau mit anderen Maschinen bestimmt ist, und daß seine Inbetriebnahme solange untersagt ist, bis festgestellt wurde, daß die Maschine, in die dieser Kompressor
eingebaut werden soll, den Bestimmungen der EG-Richtlinie 89/392/EWG
i.d.F. 91/368/EWG, 73/23/ EWG Niederspannungsrichtlinie, 87/404/EWG
Richtlinie über einfache unbefeuerte Druckbehälter, 89/336/EWG Richtlinie
über elektromagnetische Verträglichkeit entspricht.
(NL) verklaren hiermede, dat de onderstaande compressor in de door ons
geleverde uitvoering voor montage in een machine/voor combinatie met
andere machines bestemd is en dat zijn inbedrijfstelling zolang verboden is,
tot vastgesteld is, dat de machine, waarin deze compressor gemonteerd
moet worden, aan de voorwaarden van de EG-richtlijn 89/392/EEG in de
redactie van 91/368/EEG, 73/23/ EEG, 87/404/EEG, 89/336/EEG voldoet.
(I) dichiariamo con la presente che il compressore seguente
ne’llesecuzione da noi fornita è destinato al montaggio in una macchina /
all’assemblaggio con altre macchine e che la sua messa in esercizio è
vietata fintanto che non si sia constatato che la macchina, nella quale deve
venire montato questo compressore, corrisponde alle disposizioni della
direttiva CE 89/392/CEE e seguenti 91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE,
89/336/CEE
(DK) erklærer hermed, at følgende kompressor i den af os leverede
udførelse er beregnet til indbygning i en maskine/sammenbygning med andere maskiner, og at ibrugtagning er forbudt, indtil det er konstateret, at den
maskine, som denne kompressor skal monteres i, stemmer overens med
bestemmelserne i EF-Direktiv 89/392/EøF, udgave 91/368/EøF, 73/23/ EøF,
87/404/ EøF, 89/336/ EøF
(GB) hereby declare that the following compressor in the design delivered
by us is intended for installation in a machine/assembly group in line with
other machines and that it may not be commissioned until it has been
determined that the machine in which this compressor is to be installed
meets the regulations laid down in EC guideline 89/392/EEC continued as
91/368/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC
(S) förklarar härmed att nedanstående kompressor i av oss levererat är
avsedd för montage i en maskin/hopbyggnad med andra maskiner, och at
dess igångsättning år förbjuden tills det konstaterats att den maskin, i
vilken denna kompressor skall monteras, uppfyller bestämmelserna i EGriktlinje 89/392/EEC i.d.f. 91/368/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/
EEC
(F) déclarons par la présente que le compresseur délivré mentionné cidessous est apte à être monté dans une machine ou en combinaison avec
d’autres machines. Sa mise en service n’est autorisée que lorsqu’il a été
constaté que la machine, dans laquelle le compresseur doit être monté, est
conforme aux clauses de la réglementation CE 89/392/CEE, par la suite 91/
368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE
(N) erklærer hermed at nedenstående kompressor kompressor i den
utførelse som er levert av oss er bestemt for installasjon i en maskin/
sammenbygning med andre maskiner, og at bruk av dette er forbudt til det
er fastslått at den maskinen som dette kompressor skal bygges inn i er i
overensstemmelse med bestemmelsene i EU-Direktiv 89/392/ EøF utgave
91/368/EøF, 73/23/EøF, 87/404/EøF, 89/336/ EøF
(E) declaramos por la presente que el compresor figurado al final en la
ejecución que hemos suministrado está concebido para el montaje en una
máquina/o montaje conjunto con otras máquinas, y que su puesta en
servicio está prohibida hasta que se haya determinado que la máquina en
la que tiene que montarse el compresor cumple el reglamento de la norma
89/392/CEE en continuación 91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/
336/CEE
(P) declaramos pela presente, que o compressor, a seguir mencionado na
versão por nós fornecida, se destina a ser montado numa máquina/
montagem com outras máquinas e que a sua entrada em serviçio está
interdita até ser definido que a máquina na qual este compressor deve ser
instalado, corresponde às prescrições das Normas 89/392/CEE na versão
91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE
...................................................................................................................................................
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)
(I)
(GB)
(F)
(E)
(P)
(NL)
(DK)
(S)
(N)
Angewendete harmonisierte Normen, insbesondere
Norme armonizzate applicate, in particolare:
Harmonized standards applied, in particular:
Normes harmonisées appliquées:
Normas armonizadas aplicadas, en particular:
Normas harmonizadas aplicadas, em especial:
Toegepaste geharmoniseerde normen, speciaal:
Anvendte harmoniserede standarder, især:
Tillämpade anpassade normer, sårskilt:
Anvendte harmoniserte normer, særlig:
Bielefeld, le
: prEN 1012 Teil 1
EN 292 Teil 1+2
EN 294
EN 60204 Teil 1
EN 286 Teil 1
EN 50081-1,2
EN 50082-1,2
Sicherheitsanforderungen Kompressoren
Sicherheit von Maschinen
Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsabstände
Sicherheit von Maschinen - Elektr. Ausrüstung
Einfache unbefeuerte Druckbehälter
Elektromagnetische Verträglichkeit - Störaussendung
Elektromagnetische Verträglichkeit -Störfestigkeit
Beutel, directeur développement/construction..................................................................
213
Annexe
A.1
Symboles
A.1.1
Symboles images définis par la norme DIN 28004
Les symboles suivants ont été définis dans la norme DIN
28 004, partie 3. Seuls les extraits de la norme importants pour
la génération de l’air comprimé ont été pris en considération.
Ces symboles sont utilisés pour les représentations standard
des 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 de
dispositifs technologiques, ainsi que pour illustrer la procédure
employée.
Compresseurs et pompes
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 palettes
Compresseur rotatif
Filtres
Filtre fluide en général
Appareil filtre en général
214
Filtre liquide en général
Filtre à gaz en général
Filtre à air en général
Filtre à charbon actif
Filtre à gaz à sorption
Annexe
Séparateurs
Séparateur en général
Séparateur centrifuge, séparateur
rotatif,
Séparateur à gravité
Chambre de dépôt
Accessoires de tuyauterie
Appareil de sectionnement en
général
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
Garniture à dispositif de réglage
continu
Soupape à fonction de sécurité
Clapet anti-retour
Divers
Sécheur en général
Evacuateur de condensat
Réservoir en général
215
Annexe
A.1.2
Symboles de commutation pour
contacts et appareils de connexion
définis dans la norme ISO 1219
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 de
connexion servent à élaborer les plans de montage pneumatiques
et hydrauliques utilisés pour décrire le fonctionnement des
commandes et des systèmes.
Transformation de l’énergie
Compresseur
Pompe à vide
Moteur d’air comprimé à une
direction de flux
Moteur d’air comprimé à deux
directions de flux
Cylindre à action simple, retour
sous l’effet d’une force externe
Cylindre à action simple, retour
sous l’effet d’un ressort
Cylindre à double action
Cylindre à double action à
amortissement unilatéral non
réglable
Cylindre à double action à
amortissement bilatéral réglable
Clapets anti-retour
Clapet anti-retour sans ressort
Clapet anti-retour avec ressort
Clapet anti-retour commandé
Régulateurs de débit
Soupape d’étranglement à
réduction constante
216
Soupape d’étranglement réglable
Clapet anti-retour avec
étranglement
Annexe
Distributeurs
Distributeur 2/2,
position de coupure neutre
Distributeur 3/, position neutre
ouverte
Distributeur 4/3, position moyenne
fermée
Distributeur 2/2, position neutre
ouverte
Distributeur 3/3, position moyenne
fermée
Distributeur 5/2
Distributeur 3/2, position neutre
fermée
Distributeur 4/2
Distributeur 4/3
Position moyenne de conduite de
travail purgée
Contrôleurs de pression
Clapet anti-retour à diaphragme
Soupape de limitation de pression
réglable
Vanne de contrôle de pression
sans orifice de purge, réglable
Soupape d’étranglement actionnée
manuellement
Soupape de mise en circuit
réglable, avec purge
Vanne de contrôle de pression avec
orifice de purge, réglable
Abréviation des connexions
A, B, C
P
Canalisation d’alimentation
Raccord pneumatique
R, S, T
X, Y, Z
Evacuation, purge
Conduite de pilotage
217
Annexe
Transmission de l’énergie
Source d’air comprimé
Canalisation d’alimentation
Canalisation de pilotage
Raccord de canalisation (fixe )
Intersection de canalisations
Canalisation flexible
Sortie avec raccord de tuyau
Raccord de pression
(fermé)
Raccord de pression
(avec tuyauterie de raccordement)
Réservoir d’air comprimé
Sécheur
Huileur
Filtre
Séparateur d’eau actionné
manuellement
Séparateur d’eau à vidange
automatique
Filtre avec séparateur d’eau
automatique
Radiateur
Unité de maintenance
( représentation simplifiée)
218
Annexe
Appareils divers
Manomètre
Manomètre différentiel
Thermomètre
Appareil de mesure de l’air
comprimé
Appareil de mesure du débit
débimètre
Interrupteur manométrique
Capteur de débit
Capteur de pression
Capteur de température
219
Annexe
Table
de conversion
Longueurs
de
x
en • de
x
en
mm
m
m
0,03937
3,281
1,094
inch
foot
yard
2,54
0,3048
0,914
mm
m
m
x
vers • de
x
en
Surfaces
de
mm²
cm²
m²
1,55 x 10-3
0,155
10,76
sq.inch
sq.inch
sq.ft.
645,16
6,452
0,0929
mm²
cm²
m²
Volumes
de
x
vers • de
cm³
dm³(litre)
dm³(litre)
dm³(litre)
m³
0,06102
0,03531
0,22
0,242
1,308
cu.inch
cu.ft.
gallon(U.K.)
gallon(US)
cu.yard
x
en • de
x
16,388
28,32
4,545
4,132
0,764
en
cm³
dm³(litre)
dm³(litre)
dm³(litre)
m³
Débit
de
l/min.
m³/min.
m³/h
0,0353
35,31
0,588
cfm
cfm
cfm
x
28,3
0,0283
1,7
en
l/min.
m³/min.
m³/h
Pression
de
bar(abs)
bar(abs)
x
14,5
14,5+Atm.
en • de
x
en
psia
psig
0,07
0,07+Atm.
bar(abs)
bar(abs)
Force
de
x
en • de
x
en
N
kW
0,2248
1,36
pound force(lbf)
HP
4,454
0,736
N
kW
de
x
en • de
x
en
°C
(°C x 1,8) + 32
°F
(°F -32) / 1,8
°C
Température
220
Index
Compresseur volumétrique
A
Absorption
Adsorbeur à charbon actif
Adsorption
Air comprimé
83
98
84
Applications
2, 21
Avantages
14
Composition
7
Coûts de l’air comprimé
207
Exemples d’applications
18
Filtres
91
Histoire
1
Impuretés
66, 69
Pertes
120
Propriétés
Qualité
Arrêt (L0)
ARS
Aspiration (puissance)
Automatic
Autotronic
7
77
52
57
38
58
58
B
Bases physiques
8
Besoins en air comprimé 108, 115
Durée de fonctionnement
moyenne
115
Facteur de simultanéité
116
Suppléments
119
Bruit
Directives de protection
203
Effets du bruit
202
C
Certification CE
Charge partielle
Chauffage des locaux
208
53
189
Rentabilité
190
Choix d’un compresseur
137
Chute de pression Dp
156
Circuit de distribution
150, 151
Classes de qualité
77
Commande Concept ARS
57
Compresseurs
Bilan thermique
188
Compresseur à anneau
liquide
Compresseur à membrane
Compresseur à piston
libre
Compresseur à piston
plongeant
Compresseur à vis
Compresseur axial
Compresseur dynamique
32
29
30
27
33
35
24
Compresseur multicellulaire 31
Compresseur radial
36
Compresseur Roots
34
Courant d’air de
refroidissement VC
24
Définitions de pression
Démarrages moteur
174
Durée d’arrêt
Durée de fonctionnement
Encombrement
Fréquence de démarrage
Isolation
129
129
172
129
Détermination
Nombre admissible
172
50
26
Température ambiante
170
Types
25
Compresseurs à piston
Calcul du diamètre
Calcul graphique
Diagramme en colonnes
Compresseur à vis
125
187
41
39
40
42
Compression
Domaines d’application
Exemple d’installation
Modules
Principe de
fonctionnement
42
125
186
47
43
Compresseurs
24
Conception des compresseurs
Compresseur à piston
Compresseur à vis
131
135
Condensat
100
Elimination
171
Conduite commune
Conduite de raccordement
Conduites
152
151
Diamètre nominal
Dimensionnement
Marquage
Matériaux utilisés
159
158
168
164
Consommation d’air comprimé
Courant
Coûts
Air comprimé
Pertes d’air comprimé
108
109
111
118
112
113
110
208
142
E
Echangeur de chaleur Duotherm
Duotherm BSW
Economies
Echangeur de chaleur
Espace mort
Etats de fonctionnement
Evacuateur de condensat
Réservoir d’air
comprimé
Séparateur centrifuge
Expert
206
120
191
38
52
141
93
143
Filtres
chute de pression Dp
filtre à charbon actif
filtre stérile
microfiltre
préfiltre
pression de service
92
97
99
95
94
92
Filtre d’aspiration
Fluidique
49
5
Fuites
120
G
Groupes de contrôle
142
H
Humidité
70
I
Inspections
144, 146
Installation du compresseur 170
Installations multiples
Intensité sonore
Niveau d’intensité
sonore
38
204
212
191, 192
191
F
174
13, 156
D
Débit
Déclaration de conformité
Déclaration du fabricant
Directives relatives aux
machines commercialisées
dans la CEE
Division en groupes
de contrôle
161
162
163
37
Domaines d’applications
Exemple d’installation
Modules
Refroidissement
Régulation
Buses
Buses cylindriques
Buses de pulvérisation
Consommation totale
Cylindres
Outils
Pistolets à peinture
Courant d’air de
refroidissement VC
130
130
Diamètre intérieur du tuyau di
205
Installation
Lubrifiants
Récapitulatif
51
Isobare
Isochore
Isotherme
152
198
197
8
8
8
221
Index
J
Justificatif d’inspection
146
L
Local technique
Loi de Blaise Pascal
Loi de Boyle-Mariotte
Lois
169
3
7
Directives appliquées sur
l’emplacement de travail
203
Prescriptions de sécurité
appliquées aux réservoirs 142
Règlements administratifs
généraux nationaux relatifs
au bruit
204
Règles de sécurité applicables
par les entreprises générant
du bruit
203
Règles de sécurité en vigueur
pour les compresseurs
203
Longueur de tuyau équivalente 160
42
Marche à vide
54
Matériaux utilisés pour réaliser
les conduites
164
Tuyaux en acier
inoxydable
Tuyaux en acier sans
sou dure
Tuyaux en cuivre
Tuyaux en matières
synthétiques
Tuyaux filetés
167
164
MCS
Mécanismes de filtrage
Mesure du bruit
Mode intermittent retardé
Moteur d’entraînement
60
96
205
54
48
165
165
166
N
Niveau de pression acoustique 196
Niveau sonore
196
Nombre de Reynolds Re
156
Normes
DIN 28004, partie 3
214
ISO 1219 (8.78)
216
O
ÖWAMAT
107
P
Perception du son
Personnel spécialisé
222
Après détente
Définition
Point de rosée
Pompes à vide
Pouvoir séparateur du filtre
17
53
5
71
76
75
71
24
91
Prescriptions de sécurité
appliquées aux réservoirs d’air
comprimé
142
Pression acoustique
Pression
Propagation sonore
196
10
200
Q
Qualité de l’air comprimé
Planification
67
Quantité de condensat
72
R
M
Marche à vide (L1)
Plages de pression
Pleine charge (L2)
Pneumonique
Point de rosée sous pression
195
143
Ratiotronic
Récupération de la chaleur
Régénération
Régénération à chaleur
externe
Régénération à chaleur
interne
Régénération par le vide
Régénération sans
chaleur
59
188
84
86
88
85
56
Règles de protection
contre les incendies
171
Régulation
51
Régulation en charge partielle 56
Régulation en marche à vide
54
Régulation progressive
56
Réseau de distribution
149
Réservoir d’air comprimé
Séchage par réfrigération
81
Séchage
Condensation par
surpression
Séchage à diaphragme
Séchage par absorption
Séchage par adsorption
Séchage par réfrigération
Sécheur Conditions
d’exploitation
Emplacement
78
80
82
83
84
81
79
89
Séparateur centrifuge
93
Séparateur huile-eau
107
Sigle CE
209
Son
199
Soupape à languette
49
Soupape de sécurité
49, 148
Supertronic
59
Symboles de commutation
pour contacts et appareils
de connexion
216
Symboles
214
Système SI
6
Systèmes composés de
plusieurs compresseurs
139
87
Réglage de la fréquence
Avec sécheur d’air
comprimé
Chute de pression Dp
Sans sécheur d’air
com primé
S
155
157
154
140
Accessoires
147
Amortissement des pulsa
tions
140
Détermination du volume 127
Evacuation du condensat 141
Fabrication
143
Groupes de contrôle
142
Inspection
144
Installation
173
Prescriptions de sécurité 142
Série normalisée
127
Stockage de l’air comprimé 140
T
Température
Traitement du condensat
Traitement
Tuyauterie en dérivation
Tuyauterie périphérique
Types de régulation
9
106
66
151
150
54, 60
U
Unités de base
6
V
Ventilateurs
Ventilation
Artificielle
Canaux d’entrée et
de sortie de l’air
Gaine de ventilation
Locaux techniques
Naturelle
Volume aspiré
Volume de fuites
24
174
178
181
182
176
177
38
123
Détermination des fuites 121, 122
Volume débité V
Volume
11
9
Was this manual useful for you? yes no
Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Download PDF

advertisement