10-dimmen

S.A.R.L. capital 38 000 € / SIRET 417 917 812 00048 / TVA INTRA : FR 27417917812Air Energie Ouest – PA des coteaux de Grand Lieu – 1 rue des Douelles – 44830 BOUAYE T�l : 02 51 80 40 06 Fax : 02 51 80 40 07 www.airenergie.fr / E-mail : [email protected]

Tous droits réservés.Toute reproduction, même partielle, est interdite.Toute reproduction d’extraits de cet ouvrage par quelque procédéque ce soit (photocopie, film, systèmes électroniques ou autres),dans un but de formation également,requiert l’autorisation écrite de l’éditeur.© 1999 · BOGE KOMPRESSORENLechtermannshof 26 · D-33739 BielefeldAuteur: Ulrich Bierbaum (Boge Kompressoren)

Günther Freitag (Sievert Druck + Service GmbH)Réalisation: Sievert Druck + Service GmbHISBN original: 3-89646-016-1

I

Sommaire

Sommaire

1.1 L'histoire de l'air comprimé ................................................... 1

1.1.1 Les origines de l'air comprimé ............................................... 11.1.2 Les premières applications de l'air comprimé ........................ 2

1.2 Unités et formules ................................................................... 6

1.2.1 Unités de base ...................................................................... 61.2.2 Unités employées dans le domaine de l'air comprimé ........... 6

1.3 Qu'est-ce que l'air comprimé ? .............................................. 7

1.3.1 Composition de l'air ............................................................... 71.3.2 Propriétés de l'air comprimé .................................................. 71.3.3 Comportement de l'air comprimé ........................................... 7

1.4 Bases physiques ...................................................................... 8

1.4.1 Température .......................................................................... 91.4.2 Volume ................................................................................. 91.4.3 Pression ............................................................................. 101.4.3 Volume débité ..................................................................... 11

1.5 Air comprimé déplacé .......................................................... 13

1.5.1 Comportements du courant ................................................. 131.5.2 Types de flux ....................................................................... 13

2.1 Avantages de l'air comprimé ............................................... 14

2.2 Plages de pression ................................................................ 17

2.3 Exemples d'applications de l'air comprimé ........................ 18

2.3.1 Tendre et serrer avec de l'air comprimé ............................... 182.3.2 Transporter avec de l'air comprimé ...................................... 182.3.3 Entraînement par air comprimé ........................................... 192.3.4 Peinture à l'air comprimé ..................................................... 192.3.5 Soufflage à l'air comprimé ................................................... 192.3.6 Vérifier et contrôler avec de l'air comprimé .......................... 202.3.7 Commander et régler avec de l'air comprimé ....................... 20

2.4 Exemples d'applications spécialisées ................................. 21

3.1 Compresseurs ........................................................................ 24

3.1.1 Compresseurs dynamiques (turbocompresseurs) ................ 243.1.2 Compresseurs volumétriques .............................................. 24

3.2 Types de compresseurs ......................................................... 25

3.2.1 Compresseurs standard ...................................................... 263.2.2 Compresseur à piston ......................................................... 273.2.3 Compresseur à diaphragme ................................................ 293.2.4 Compresseur à piston libre ................................................. 303.2.5 Compresseur à multicellulaire ............................................. 313.2.6 Compresseur à anneau liquide ............................................ 323.2.7 Compresseur à vis .............................................................. 333.2.8 Compresseur Roots ............................................................ 343.2.9 Compresseur axial .............................................................. 353.2.10 Compresseur radial ............................................................. 36

1ère partie

Principes fondamentaux

de l'air comprimé

2è partie

Domaines d'emploi de l'air

comprimé

3è partie

Les compresseurs d'air

Chapitre Page

II

Sommaire

4è partie

Régulation des

compresseurs

Chapitre Page

3.3 Compresseurs à pistons ........................................................ 37

3.3.1 Généralités ......................................................................... 373.3.2 Volume aspiré - Débit .......................................................... 383.3.3 Refroidissement .................................................................. 393.3.4 Réfrigérant .......................................................................... 403.3.5 Régulation des compresseurs à piston ............................... 403.3.6 Avantages des compresseurs à pistons .............................. 403.3.7 Modules d'un compresseur à piston .................................... 41

3.4 Compresseurs à vis ............................................................... 42

3.4.1 Généralités ......................................................................... 423.4.2 Compression ....................................................................... 423.4.2 Principe de fonctionnement ................................................. 433.4.3 Circuit de l'huile ................................................................... 443.4.4 Circuit de l'air ...................................................................... 453.4.5 Récupération de la chaleur .................................................. 463.4.6 Régulation de l'aspiration .................................................... 463.4.7 Avantages des compresseurs à vis ..................................... 463.4.8 Modules d'un compresseur à vis ......................................... 47

3.5 Modules équipant les compresseurs ................................... 48

3.5.1 Moteur d'entraînement ......................................................... 483.5.2 Courroies trapézoïdales....................................................... 483.5.3 Système de tension de courroie .......................................... 483.5.4 Soupapes d'aspiration et de refoulement ............................. 493.5.5 Soupape de sécurité ........................................................... 493.5.6 Filtre d'aspiration ................................................................. 49

3.6 Lubrifiants et réfrigérants pour compresseurs .................... 50

4.1 Définitions de pression ......................................................... 51

4.2 Etats de fonctionnement ....................................................... 52

4.2.1 Arrêt ( L0 ) ........................................................................... 524.2.2 Marche à vide ( L1 ) ............................................................. 524.2.3 Charge partielle ................................................................... 534.2.4 Pleine charge ( L2 ) ............................................................ 53

4.3 Régulation des compresseurs .............................................. 54

4.3.1 Mode intermittent ................................................................ 544.3.2 Marche à vide ...................................................................... 544.3.3 Mode intermittent retardé .................................................... 554.3.4 Charge partielle ................................................................... 564.3.4.1 Régulation progressive ........................................................ 564.3.4.2 Réglage de la fréquence ...................................................... 56

4.4. La commande ARS ............................................................... 57

4.4.1 Automatic ........................................................................... 584.4.2 Autotronic ........................................................................... 584.4.3 Ratiotronic .......................................................................... 594.4.4 Supertronic ......................................................................... 59

III

Sommaire

5è partie

Traitement de l'air

comprimé

Chapitre Page

4.5 Régulation de plusieurs compresseurs ............................... 60

4.5.1 MCS 1 et MCS 2 ................................................................. 604.5.2 MCS 3................................................................................. 614.5.3 MCS 4................................................................................. 624.5.4 MCS 5................................................................................. 634.5.5 MCS 6 ................................................................................ 644.5.6 MCS 7 ................................................................................ 65

5.1 Pourquoi traiter l'air comprimé ? ........................................ 66

5.1.2 Planification ........................................................................ 675.1.3 Conséquences d'un mauvais traitement de l'air comprimé ... 685.1.3 Impuretés contenues dans l'air ............................................ 69

5.2 L'eau contenue dans l'air comprimé ................................... 70

5.2.1 Hunidité de l'air ................................................................... 705.2.2 Points de rosée ................................................................... 715.2.3 Teneur en eau de l'air .......................................................... 715.2.4 Quantité de condensat lors de la compression .................... 725.2.5 Exemple de calcul de la quantité de condensat .................. 735.2.6 Quantité de condensat qui se forme lors d'une lourde

journée d'été ....................................................................... 745.2.7 Définition du point de rosée sous pression .......................... 755.2.8 Point de rosée sous pression après détente ....................... 76

5.3 Qualité de l'air comprimé ..................................................... 77

5.3.1 Classes de qualité selon la norme DIN ISO 8573-1 ............ 77

5.4 Méthodes de séchage ........................................................... 78

5.4.1 Conditions d'exploitation ..................................................... 795.4.2 Condensation par surcompression ...................................... 805.4.3 Condensation par séchage par réfrigération ......................... 815.4.4 Diffusion par séchage à diaphragme .................................... 825.4.5 Sorption par absorption ....................................................... 835.4.6 Sorption par adsorption ....................................................... 845.4.6.1 Régénération sans chaleur .................................................. 855.4.6.2 Régénération à chaud interne .............................................. 865.4.6.3 Régénération à chaleur externe ........................................... 875.4.6.4 Régénération par le vide ...................................................... 885.4.7 Emplacement du sécheur d'air comprimé par réfrigeration ... 895.4.7.1 Sécheur placé avant le réservoir d'air comprimé .................. 895.4.7.2 Sécheur placé après le réservoir d'air comprimé .................. 90

5.5 Filtre à air comprimé ............................................................ 91

5.5.1 Terminologie de base des filtres .......................................... 915.5.1.1 Pouvoir séparateur du filtre h [ % ] ....................................... 915.5.1.2 Chute de pression ∆p ......................................................... 925.5.1.3 Pression de service ............................................................. 925.5.2 Séparateur centrifuge .......................................................... 935.5.3 Préfiltre ............................................................................... 945.5.4 Filtre microporeux ............................................................... 955.5.5 Filtre à charbon actif ........................................................... 975.5.6 Adsorbeur à charbon actif ................................................... 985.5.7 Filtre stérile ......................................................................... 99

IV

Sommaire

7è partie

Besoins en air comprimé

6è partie

Elimination du condensat

8è partie

Détermination de la taille

de la station de

compresseurs

Chapitre Page

6.1 Condensat ............................................................................ 100

6.2 Evacuateur de condensat ................................................... 101

6.2.1 Evacuateur de condensat à soupape manuelle .................. 1026.2.2 Evacuateur de condensat à commande à flotteur .............. 1026.2.3 Evacuateur de condensat à électrovanne à ouverture

synchronisée .................................................................... 1036.2.4 Evacuateur de condensat à mesure de niveau électronique 1046.2.5 Evacuateur de condensat à flotteur à niveau par mesure

du niveau de remplissage .................................................. 105

6.3 Traitement du condensat .................................................... 106

6.3.1 Séparateur huile-eau ......................................................... 107

7.1 Consommation d'air des appareils pneumatiques ........... 108

7.1.1 Consommation d'air comprimé des buses ......................... 1087.1.1.1 Consommation d'air comprimé des buses cylindriques ..... 1097.1.1.2 Consommation d'air comprimé des pistolets à peinture ..... 1107.1.1.3 Consommation d'air comprimé des buses de pulvérisation 1117.1.2 Consommation d'air comprimé des vérins ......................... 1127.1.3 Consommation d'air comprimé des outils .......................... 113

7.2 Détermination de la consommation d'air comprimé ....... 115

7.2.1 Durée de fonctionnement moyenne ................................... 1157.2.2 Facteur de simultanéité ..................................................... 1167.2.3 Définition des besoins en air comprimé ............................. 1177.2.3.1 Consommateurs d'air comprimé automatiques .................. 1177.2.3.2 Consommateurs d'air comprimé généraux ......................... 1187.2.3.3 Consommation d'air comprimé totale ................................ 1187.2.4 Suppléments pour pertes et réserves ................................ 1197.2.5 Débit nécessaire DN ......................................................... 119

7.3 Pertes d'air comprimé......................................................... 120

7.3.1 Frais provoqués par les pertes d'air comprimé ................... 1207.3.2 Détermination du volume de fuite....................................... 1217.3.2.1 Détermination des fuites en vidant le réservoir ................... 1217.3.2.2 Détermination des fuites par mesure de la durée de

fonctionnement ................................................................. 1227.3.3 Limite des volumes de fuites ............................................. 1237.3.4 Mesure à prendre pour limiter les pertes d'air comprimé .... 1237.3.5 Remise en état d'un réseau d'air comprimé ....................... 124

8.1 Le type de compresseur ..................................................... 125

8.1.1 Compresseurs à vis .......................................................... 1258.1.2 Compresseurs à piston ..................................................... 125

8.2 Pression maximale pmax ................................................... 126

8.2.1 Facteurs influençant la pression d'arrêt pmax.................... 126

V

Sommaire

9è partie

Le réseau d'air comprimé

Chapitre Page

8.3 Détermination du volume d'un réservoir d'air comprimé.. 127

8.3.1 Conseils relatifs au volume des réservoirs d'air comprimé 1278.3.2 Série normalisée et pressions de service pour différentes

tailles de réservoirs d'air comprimé .................................... 1278.3.3 Volume du•e réservoir d'air comprimé d'un compresseur .. 128

8.4 Fréquence de démarrage du compresseur ...................... 129

8.4.1 Durée d'arrêt du compresseur ........................................... 1298.4.2 Durée de fonctionnement du compresseur ........................ 1298.4.3 Détermination du nombre de démarrages du moteur ......... 130

8.5 Exemples de configurations de compresseurs ................. 131

8.5.1 Exemple de calcul pour compresseurs à pistons .............. 1318.5.1.1 Détermination de la pression maximale pmax ................... 1318.5.1.2 Détermination de la taille du compresseur ......................... 1328.5.1.3 Volume du réservoir d'air comprimé ................................... 1328.5.1.4 Conception du compresseur .............................................. 1338.5.1.5 Démarrages du moteur du compresseur ............................ 1348.5.2 Exemples de calcul pour compresseurs à vis .................... 1358.5.2.1 Exemple de calcul de la pression maximale pmax ............ 1358.5.2.2 Détermination de la taille du compresseur ......................... 1358.5.2.3 Dimensionnement du réservoir d'air comprimé ................... 1368.5.2.4 Fréquence de démarrages du compresseur....................... 1368.5.3 Résumé des critères de choix d'un compresseur .............. 137

8.6 Remarques relatives à la configuration du compresseur 138

8.6.1 Rendement et pression de travail ...................................... 1388.6.2 Pression de service variable des consommateurs ............. 1398.6.3 Systèmes composés de plusieurs compresseurs ............. 139

9.1 Le réservoir d'air comprimé ............................................... 140

9.1.1 Stockage de l'air comprimé ............................................... 1409.1.2 Amortissement des pulsations .......................................... 1409.1.3 Evacuation du condensat .................................................. 1419.1.4 Exploitation des réservoirs d'air comprimé ......................... 1419.1.5 Installation des réservoirs d'air comprimé .......................... 1419.1.6 Prescriptions de sécurité appliquées aux réservoirs

d'air comprimé .................................................................. 1429.1.6.1 Division en groupes de contrôle ......................................... 1429.1.6.2 Fabrication des réservoirs d'air comprimé .......................... 1439.1.6.3 Devoir d'enregistrement et de surveillance ......................... 1439.1.6.4 Experts et personnes spécialisées selon les § 31 et 32

des directives allemandes sur lesréservoirs d'air comprimé 1439.1.6.5 Inspection des réservoirs d'air comprimé ........................... 1449.1.6.6 Types d'inspections ........................................................... 1469.1.6.7 Extraits supplémentaires de la directive relative aux

réservoirs d'air comprimé ................................................... 1469.1.7 Accessoires nécessaires sur le réservoir d'air comprimé ... 1479.1.7.1 Soupape de sécurité ......................................................... 148

VI

Sommaire

10è partie

Le local technique du

compresseur

Chapitre Page

9.2 Le réseau de distribution .................................................... 149

9.2.1 Structure du réseau de distribution .................................... 1499.2.1.1 La conduite principale ....................................................... 1499.2.1.2 Le circuit de distribution - tuyauterie périphérique .............. 1509.2.1.3 Le circuit de distribution - tuyauterie en dérivation ............. 1519.2.1.4 La conduite de raccordement ............................................ 1519.2.1.5 Raccordement à une conduite commune sur les

installations multiples ....................................................... 152

9.3 Planification du réseau de distribution ............................. 153

9.3.1 Conseils de planification généraux .................................... 1539.3.2 Réseau de distribution sans sécheur d'air comprimé ......... 1549.3.3 Réseau de distribution avec sécheur d'air comprimé ......... 155

9.4 Chute de pression ∆∆∆∆∆p.......................................................... 156

9.4.1 Type de flux ...................................................................... 1569.4.2 Nombre de Reynolds Re ................................................... 1569.4.3 Chutes de pression dans un réseau de conduites ............. 157

9.5 Dimensionnement des conduites ....................................... 158

9.5.1 Chute de pression maximale Dp ....................................... 1589.5.2 Diamètre nominal des conduites - comparaison

[ DN – pouces ] ................................................................. 1599.5.2 Longueur de tuyau équivalente .......................................... 1609.5.3 Calcul du diamètre intérieur du tuyau di ............................ 1619.5.4 Calcul graphique du diamètre intérieur du tuyau di ............ 1629.5.5 Calcul du diamètre intérieur di au moyen d'un

diagramme en colonnes .................................................... 163

9.6 Matériaux utilisés pour réaliser les conduites .................. 164

9.6.1 Tuyaux filetés .................................................................... 1649.6.2 Tuyaux en acier sans soudures ........................................ 1659.6.3 Tuyaux en acier inoxydable ............................................... 1659.6.4 Tuyaux en cuivre ............................................................... 1669.6.5 Tuyaux en matières synthétiques...................................... 167

9.7 Marquage des conduites .................................................... 168

10.1 Refroidissement du compresseur ....................................... 169

10.2 Installation du compresseur ............................................... 170

10.2.1 Remarques générales sur le local technique du compresseur .................................................................... 170

10.2.2 Température ambiante admissible ..................................... 17010.2.3 Règles de protection contre les incendies pour les

locaux techniques de compresseurs ................................. 17110.2.4 Elimination du condensat .................................................. 17110.2.5 Conseils d'installation du compresseur ............................. 17210.2.6 Encombrement d'un compresseur ..................................... 17210.2.7 Conditions d'installation des réservoirs d'air comprimé ...... 173

VII

Sommaire

11è partie

Récupération de la chaleur

12è partie

Le son

Chapitre Page

10.3 Ventilation de la station de compresseurs ......................... 174

10.3.1 Facteurs influençant le courant d'air de refroidissementV

C d'un compresseur ......................................................... 174

10.3.2 Définition des facteurs influençant le courant d'air derefroidissement V

C d'un compresseur ................................ 175

10.3.3 Remarques générales relatives à la ventilation des locauxtechniques de compresseurs ............................................ 176

10.3.4 Ventilation naturelle ........................................................... 17710.3.4.1 Ouverture de sortie d'air nécessaire dans le cas d'une

ventilation naturelle ........................................................... 17710.3.5 Ventilation artificielle ......................................................... 17810.3.5.1 Puissance de ventilation exigée pour la ventilation

artificielle .......................................................................... 17810.3.5.2 Ouverture d'entrée d'air nécessaire pour la ventilation

artificielle .......................................................................... 17910.3.5.3 Exemple de ventilation artificielle d'une station de

compresseurs ................................................................... 18010.3.6 Alimentation en air froid avec gainage d'entrée et de sortie 18110.3.6.1 Gainage de l'admission d'air .............................................. 18110.3.6.2 Evacuation de l'air par une gaine d'évacuation ................... 18210.3.6.3 Courant d'air froid D

A et section de canal A

C avec gaine

d'évacuation ...................................................................... 18210.3.6.4 Remarques relatives à la ventilation par gaines ................. 18310.3.6.5 Dimensionnement de l'ouverture d'entrée d'air en

association avec une gaine d'évacuation ........................... 18410.3.6.6 Variantes de ventilation canalisée...................................... 185

10.4 Exemples de plans d'installation ....................................... 186

10.4.1 Exemple d'installation d'un compresseur à vis ................... 18610.4.2 Exemple d'installation d'un compresseur à piston ............. 187

11.1 Bilan thermique d'une station de compresseurs .............. 188

11.2 Chauffage des locaux ......................................................... 189

11.2.1 Chauffage des locaux par des conduites de chauffage ...... 18911.2.2 Fonctionnement d'un chauffage de locaux ......................... 19011.2.3 Rentabilité d'un chauffage de locaux.................................. 190

11.3 L'échangeur de chaleur Duotherm .................................... 191

11.3.1 Duotherm BPT .................................................................. 19111.3.2 Duotherm BSW................................................................. 19211.3.3 Economies d'énergie réalisables ....................................... 193

11.4 Récupération de la chaleur : conclusion .......................... 194

12.1 La nature du son ................................................................. 195

12.1.1 La perception du son......................................................... 195

12.2 Terminologie de base en matière d'acoustique ............... 196

12.2.1 Pression acoustique ......................................................... 19612.2.2 Niveau sonore ................................................................... 19612.2.3 Intensité sonore ................................................................ 196

VIII

Sommaire

13è partie

Coûts de l'air comprimé

15è partie

Annexe

14è partie

Certification CE

Chapitre Page

12.3 Perception du son par l'oreille humaine ............................ 197

12.3.1 Niveau d'intensité d'un son ................................................ 19712.3.2 Niveau sonore pondéré dB (A) .......................................... 19712.3.3 Comparaison des différentes intensités sonores ............... 198

12.4 Comportement du son ......................................................... 199

12.4.1 Distance par rapport à une source sonore ......................... 19912.4.2 Réflexion et absorption ..................................................... 19912.4.3 Amortissement du son ...................................................... 20012.4.5 Propagation sonore dans les tuyaux et les conduites........ 20012.4.6 Niveau de pression acoustique de plusieurs sources

sonores ............................................................................. 20112.4.6.1 Niveau de pression acoustique de plusieurs sources

sonores de niveaux identiques .......................................... 20112.4.6.2 Niveau de pression acoustique de deux sources

sonores de niveaux différents ............................................ 201

12.5 Effets du bruit ....................................................................... 202

12.6 Directives de protection contre le bruit ............................. 203

12.6.1 Règles de sécurité applicables par les entreprisesgénérant du bruit (décembre 1974) .................................... 203

12.6.2 Règles de sécurité en vigueur pour les compresseurs (VGB 16)(avril 1987) ........................................................................ 203

12.6.3 Directives natinales appliquées sur l'emplacementsde travail (avril 1975) .......................................................... 203

12.6.4 Règlements administratifs généraux nationaux relatifs au bruit (juillet 1984) ......................................................... 204

12.7 Mesure du bruit ................................................................... 205

12.8 Insonorisation des compresseurs ...................................... 205

13.1 Composition des coûts de l'air comprimé ......................... 206

13.1.1 Les coûts de l'air comprimé en pour-cent .......................... 206

13.2 Calcul de rentabilité des coûts d'énergie ........................... 207

14.1 Introduction .......................................................................... 208

14.1.1 Directive relatives aux machines commercialisées dansla CEE .............................................................................. 208

14.1.2 Domaines d'application ..................................................... 208

14.2 Mise en service des machines sur le marché ................... 209

14.2.1 Symbole CE ..................................................................... 20914.2.2 Certificat de conformité CE ............................................... 21014.2.3 Certificat de fournisseur CE .............................................. 212

A.1 Symboles ............................................................................. 214

A.1.1 Symboles de figures selon DIN 28004 ............................ 214A.1.2 Signes de commutation selon ISO 1219 .......................... 216

16.1 Table de conversion ............................................................. 22016è partie

Table de conversion

1

Principes fondamentaux de l’air comprimé

Aux côtés du courant électrique, l’air comprimé est aujourd’huile vecteur d’énergie le plus couramment utilisé dans le secteurde l’industrie et de l’artisanat. Mais, alors que l’on apprend dèsl’enfance à se servir de l’électricité, la signification, les possibilitéset les avantages offerts par l’air comprimé restent encore trèsméconnus.

Les connaissances acquises par l’homme sur l’air comprimé sesont développées parallèlement à celles réalisées dans lesautres applications techniques. Au cours de son histoire, l’aircomprimé n’a pu se développer que lorsque ses avantagesétaient supérieurs à ceux offerts par d’autres technologies. L’aircomprimé a été utilisé de tous temps, et c’est donc la raisonpour laquelle nombreux sont ceux qui se sont penchés sur sondéveloppement.

Le premier compresseur - les poumons

De nombreux domaines d’utilisations techniques trouvent leurorigine dans le berceau de l’humanité. Une des premièresapplications de l’air comprimé consista à souffler sur l’amadouutilisé pour allumer le feu, l’air étant comprimé dans lespoumons pour y parvenir. On pourrait dire en quelque sorte queles poumons sont un compresseur naturel. La capacité et lerendement de ce compresseur sont particulièrementimpressionnants. Les poumons humains sont en mesure detraiter 100 l/min. ou 6 m³ d’air par heure. Ils parviennent à générerune pression de 0,02 à 0,08 bar. En bonne santé, le compresseurhumain reste imbattable du point de vue de sa fiabilité, ses fraisde maintenance étant de surcroît inexistants.

Le développement des „poumons“

Les poumons se sont cependant avérés insuffisants lorsquel’homme commença, il y a plus de 5000 ans, à faire fondre desmétaux purs tels que l’or, le cuivre, l’étain et le plomb. Il devintinévitable de développer la technologie de l’air comprimé lorsqu’ilfallu plus tard fabriquer des métaux de qualité supérieure, telsque le fer, à partir de minerais. Des auxiliaires plus puissantsque les poumons se montrèrent indispensables pour obtenirdes températures supérieures à 1000°C . On commença parutiliser le vent soufflant sur les collines et les crêtes. Plus tard,les orfèvres égyptiens et sumériens se servirent d’un tuyau desoufflage au moyen duquel ils amenaient l’air directement dansle brasier, augmentant ainsi considérablement sa température.Aujourd’hui encore, les orfèvres du monde entier utilisent unoutil semblable. Il ne convient cependant que pour faire fondrede petites quantités de métal.

1. Principes fondamentaux de l’air

comprimé

1.1 L’histoire de l’air comprimé

Figure 1.1 :Le premier compresseur - les poumons

1.1.1 Les origines de l’air comprimé

2


Figure 1.2:Soufflet actionné au pied dans l’ancienne Egypte

1.1.2 Les premières applications de l’air

compriméLes propriétés de l’air comprimé sontreconnues

Le premier compresseur mécanique - le soufflet

Le premier compresseur mécanique, le soufflet actionné à lamain, a vu le jour vers le milieu du troisième millénaire avant notreère. Les soufflets à pied, beaucoup plus puissants, firent leurapparition vers 1500 av. J. C. Ce progrès fut indispensable pourfaire fondre l’alliage de zinc et d’étain servant à fabriquer lebronze. Cette découverte est illustrée sur les fresques qui ornentune ancienne tombe égyptienne. L’air comprimé, tel que nous lecomprenons aujourd’hui, était né.

L’orgue à eauLe stockage et l’atténuation des pulsations

La première utilisation consciente de l’énergie contenue dansl’air nous est transmise par le grec Ktesibios (vers 285 à 222 av.J. C.). Il construisit une orgue à eau et utilisa l’air comprimé pourstocker et réduire les vibrations.

La catapulteLe stockage de l’énergie

Ktesibios se servit d’une propriété supplémentaire de l’aircomprimé, le stockage de l’énergie, pour construire sacatapulte. Grâce à la tension générée avec l’air comprimé dansun cylindre, l’arme de cet inventeur grec était en mesure delancer des projectiles.

Les portes de templesL’expansion et l’exécution du travail

Le mathématicien et mécanicien grec Héron, qui vivait àAlexandrie au premier siècle de notre ère, découvrit un systèmepermettant d’ouvrir automatiquement les portes d’un temple, àcondition que le feu brûlât sur l’autel à l’intérieur du temple. Lesecret résidait dans l’expansion de l’air chaud, faisant passerl’eau d’un réservoir dans un autre. Héron reconnu, inconsciemmentil est vrai, qu’il était possible d’exécuter un travail en modifiantl’état de l’air.

Figure 1.3:La catapulte de Ktesibios

Figure 1.4:Les portes de temples de Héron

3


Figure 1.5 :L’ar comprimé : un amplificateur de forces

Figure 1.6 :L’air comprimé : un moyen de transport

p1

p2

La loi de Blaise PascalL’amplification des forces

Ce n’est qu’à partir du XVIIè siècle qu’un certain nombre descientifiques se penchèrent sur les lois physiques applicablesà l’air comprimé. En 1663, Blaise Pascal publia les traités de laPesanteur de la masse de l’air, dans lesquels il décrivit lesphénomènes d’hydrostatique s’appliquant également à latechnologie de l’air comprimé. Il constata que la pressionexercée par une seule personne à l’ouverture d’un réservoir d’eaufermé générait une pression centuplée sur une autre ouverture.

Le transport de corps dans des tuyauxLe convoyage pneumatique

Poursuivant les travaux de Héron, le physicien français DenisPapin décrivit en 1667 la possibilité de transporter des objetsdans des tuyaux. Il exploitait la faible différence de pressionrégnant dans un tube. Ce faisant, il constata qu’une force étaitappliquée sur l’objet contenu dans le tube. Il venait de découvrirque des vitesses de travail élevées pouvaient être obtenues avecde l’air. Papin venait de poser le premier jalon sur la voie destechniques de convoyage pneumatiques.

Le freinage pneumatiqueLa transmission des forces

Vers 1810, l’air comprimé constituait la force motrice des trains.Westinghouse présenta le frein à surpression pneumatique en1869, et le moto-freineur trois ans plus tard. Sur ces deuxsystèmes, les freins étaient serrés par surpression. C’est-à-dire que l’effet de freinage maximum était obtenu grâce à unechute de pression, par éclatement d’un tuyau par exemple.

Ce fut la première utilisation du système de freinage à sécuritéintégrée. Un système de freinage basé sur ce principe estaujourd’hui encore utilisé sur les systèmes de freinage despoids-lourds.

Figure 1.7 :Train équipé d’un frein pneumatique vers 1870

4


La poste pneumatiqueLe convoyage avec de l’air comprimé

L’idée du train entraîné par de l’air comprimé ne fut pasabandonnée. A Londes, Latimer Clark s’associa à l’ingénieurRammel en 1863 pour réaliser un système de convoyage. Despetits chariots se déplaçant dans des tubes devaient transporterdes sacs postaux et des paquets. Ce système était beaucoupplus souple que les lourds trains atmosphériques de 1810 etconduisit finalement à la création de la poste pneumatique.

Des réseaux de poste pneumatique furent ensuite créés àBerlin, New York et Paris. Le réseau parisien atteint sa taillemaximum en 1934, fort de 437 km. Aujourd’hui encore, la postepneumatique est répandue dans de nombreuses entreprisesindustrielles.

Les outils à air compriméLe transport de l’énergie

Lors de la construction du tunnel du Mont Cenis en 1857, cettenouvelle technologie servit à entraîner un marteau à air comprimécreusant la roche. A partir de 1861, on utilisa des marteaux àpercussion à entraînement pneumatique alimentés en aircomprimé par des compresseurs situés aux deux entrées dutunnel. Dans les deux cas, l’air comprimé était transporté sur delongues distances.

Lorsque les deux équipes du tunnel se rencontrèrent en 1871,plus de 7000 m de conduites avaient été posées de part etd’autre. Pour la première fois, la transportabilité de l’énergie

était démontrée et présentée à un large public comme étant undes avantages de l’air comprimé. Des outils pneumatiques deplus en plus performants et polyvalents furent développés à partirde ce moment.

Les réseaux d’air compriméLa génération centrale de l’air comprimé et la transmission designaux

Les expériences réalisées sur les réseaux de conduites d’aircomprimé et le développement de compresseurs plus puissantspermirent la création d’un réseau d’air comprimé dans leségouts de Paris. En 1888, une station de compresseurs

centrale développant 1 500 kW fut mise en service. En 1891,la puissance installée atteignait déjà 18 000 kW.

L’invention d’une horloge, dont l’aiguille des minutes étaitdéclenchée toutes les soixante secondes par une impulsionvenant de la station de compresseurs, témoignait des succèspolyvalents obtenus par l’air comprimé. Il était non seulementpossible de transporter l’énergie, mais on pouvait aussitransmettre des signaux sur les grandes distances du réseau

d’air comprimé.

Le réseau d’air comprimé parisien a conservé son caractèreunique jusqu’à ce jour. Il est encore en service.

Figure 1.8 :Marteau perforateur pneumatique employé dansla construction des tunnels

Figure1.9 :Station d’air comprimé à Paris en 1888

5


Figure 1.10 :Totaliseur à quatre niveaux et éléments deradiation muraux

Le traitement des signauxL’air comprimé est utilisé pour transmettre et traiter des signaux

Dans les années 50, le grand débit de l’air comprimé fut utiliséaux USA pour transmettre et traiter des signaux. Les systèmespneumatiques basse pression, également appelés systèmesfluidiques ou pneumoniques (logique pneumatique),

permettaient d’intégrer des fonctions de commutation logiquessous forme d’éléments fluides dans un espace extrêmementréduit au moyen de pressions de 1,001 à 1,1 bar.La grande fiabilité des éléments logiques fluides dans desconditions ambiantes extrêmes permettait de les utiliser dansles programmes spatiaux et de défense des USA et de l’URSS.Leur résistance aux rayonnements électromagnétiques,provoqués par une explosion atomique en particulier, confèraientaux systèmes fluidiques des avantages techniques dans certainsdomaines sensibles.Les systèmes électroniques et micro-électroniques ont cependantsupplanté peu à peu les systèmes fluidiques dans le domainedu traitement des signaux et de l’informatique.

6


En technique, on utilise des mesures dérivées de l’unité debase. Le tableau ci-dessous présente les unités les plusfréquemment utilisées dans le domaine de l’air comprimé.

1.2 Unités et formules

Unité de base Formule Symbole Nom

Longueur l [ m ] Mètre

Masse m [ kg ] Kilogramme

Temps t [ s ] Seconde

Intensité (courant) I [ A ] Ampère

Température T [ K ] Kelvin

Intensité lumineuse I [ cd ] Candela

Quantité de subst. n [ mol ] Mole

Les unités SI ( Système International d’unités) ont été agrééeslors de la 14è conférence générale sur les poids et mesures.Elles sont prescrites depuis le 16 octobre 1971.

Les unités de base sont des unités de mesure indépendantesdéfinies qui constituent la base du système SI.

Unité Symbole formule Symbole Nom

Force F [ N ] Newton

Pression p [ Pa ] Pascal[ bar ] Bar 1bar = 100000Pa

Surface A [ m2 ] Mètre carré

Volume V [ m3 ] Mètre cube[ l ] Litre 1m3 = 1000 l

Vitesse v [ m / s ] Mètre par seconde

Masse m [ kg ] Kilogramme[ t ] Tonne 1t = 1000kg

Densité ρ [ kg / m3 ] Kilogramme par mètre cube

Température T [ °C ] Degré Celsius

Travail W [ J ] Joule

Puissance P [ W ] Watt

Tension U [ V ] Volt

Fréquence f [ Hz ] Hertz

1.2.1 Unités de base

1.2.2 Unités employées dans le domaine

de l’air comprimé

7


L’air contenu dans notre environnement, c’est-à-dire dansl’atmosphère, se compose de :

78 % d’azote

21 % d’oxygène

1 % d’autres gaz(dioxyde de carbone et argon par exemple)

L’air comprimé est de l’air atmosphérique compressé.

L’air comprimé est porteur d’énergie thermique.

L’air comprimé peut couvrir certaines distances (conduites), êtrestocké (réservoir d’air comprimé) et exécuter un travail(décompression).

Comme tous les gaz, l’air est composé de molécules. Lesmolécules sont soudées entre elles grâce aux forcesmoléculaires. Si l’air est enfermé dans un réservoir (volumeconstant), ces molécules sont projetées sur les parois duréservoir et génèrent une pression p.

Plus la température est élevée, plus le déplacement desmolécules d’air est rapide et plus la pression généréeaugmente.

Volume ( V ) = constant

Température ( T ) = augmente

Pression ( p ) = croissante

Indépendamment l’un de l’autre, les physiciens Boyle et Mari-otte ont réalisé des expériences sur des volumes de gaz ferméset ont découvert la relation suivante :

Le volume de gaz est inversement proportionnel à la

pression (loi de Boyle-Mariotte ).

1.3 Qu’est-ce que l’air comprimé?

1.3.2 Propriétés de l’air comprimé

Azote

78%

Oxygène

21%

Autres gaz

1%

Figure 1.11:Composition de l’air

Figure 1.13:Air contenu dans un réservoir fermé

1.3.1 Composition de l’air

p

V

pp

p

pp

p pp

p

p

p

T

1.3.3 Comportement de l’air comprimé

Air comprimé

Energie de

pression

Chaleur

Figure 1.12:Compression de l’air

8


p0 , T

0

p1 , T

1

p0 , V

0

p1 , V

1

V0 , T

0

V1 , T

1

Chaleur

Chaleur

Les conditions de l’air comprimé sont déterminées par lestrois grandeurs d’état thermiques:

T = Température

V = Volume

p = Pression

p ××××× V———— = constant

T

Ce qui signifie:

Volume constant (isochore)

Pression et température variables

La pression croît si l’on augmente la température enconservant un volume constant.

p0

T0

—— = ——p

1T

1

Température constante ( isotherme)

Pression et volume variables

La pression augmente si l’on réduit le volume tout enmaintenant la température constante.

p0

××××× V0

= p1

××××× V1

= constant

Pression constante (isobare)

Volume et température variables

Le volume croît si l’on augmente la température enmaintenant une pression constante.

V0

T0

—— = ——V

1T

1

1.4 Bases physiques

Volume constantCompression isochore

Température constanteCompression isotherme

Pression constanteCompression isobare

9


La température indique l’état thermique d’un corps. Elle est luesur un thermomètre en degrés °C ou convertie en degrés Kelvin(K).

T [ K ] = t [ °C ] + 273,15

Volume V [ l, m3 ]Etat comprimé à l’état détendu, air libre

Le volume est par exemple déterminé par les dimensions d’uncylindre. Il est mesuré en l ou m3 à une température de 20°C età une pression de 1 bar.

Les valeurs indiquées dans la présente documentation serapporteront toujours à de l’air comprimé à l’état détendu.

d2 ××××× πV

Cyl= ———— ××××× h

4

VCyl

= Volume [m3]d = Diamètre [m]h = Hauteur [m]

Volume normalisé VNorm

[Nl, Nm3]Air comprimé à l’état détendu dans des conditions normalisées

Le volume normalisé se réfère à l’état physique spécifié dans lanorme DIN 1343. Il est inférieur de 8% au volume à 20°C.

760 Torr = 1,01325 barabs

= 101 325 Pa273,15 K = 0 °C

Volume réel Vexp

[Vl, Vm3]Air comprimé à l’état compressé

Le volume réel se réfère aux conditions réelles. La température,l’air comprimé et l’humidité de l’air doivent être pris en compteen tant que points de référence.

lI faut toujours indiquer la pression lorsque l’on spécifie le volumeréel. Ainsi, 1m3 à 7 bar

s signifie que 1m3 d’air détendu est

compressé à 7 bars = 8 bar abs et n’occupe plus que 1/8 du

volume d’origine.

0°C

1.4.1 Température

1.4.2 Volume

Volume (V)

Volume normalisé + 8% = Volume0°C 20 ° C

0 barabs

8 barabs

Figure 1.14:Indication de la température

10


Pression atmosphérique pamb

[bar]

La pression atmosphérique est générée par le poids de la couched’air qui nous entoure. Elle est indépendante de la densité etde la hauteur de l’atmosphère.

Au niveau de la mer, 1 013 mbar = 1,01325 bar= 760 mm/Hg [Torr]= 101 325 Pa

Sous des conditions constantes, la pression atmosphériquedécroît au fur et à mesure que l’emplacement de mesure estélevé.

Surpression ps [ bar

s]

La surpression est la pression mesurée au-dessus de la pressionatmosphérique. Dans le domaine de l’air comprimé, la pressionest généralement spécifiée en tant que surpression, en bar etsans l’index „s“.

Pression absolue pabs

[bar]

La pression absolue pabs

est la somme résultant de la pressionatmosphérique p

amb et de la surpression p

s.

pabs

= pamb

+ ps

La pression est exprimée en Pascal [Pa], conformément ausystème SI. En pratique, elle est cependant encore indiquéeen „bar“. L’ancienne désignation atm (1 atm = 0,981 bar) n’existeplus.

Force FPression = ———— p = ——

Surface A

1 Newton 1 N1 Pascal = ———— 1 Pa = ——

1 m2 1 m2

1 bar = 10195 mm CE [colonne d’eau en mm]

1.4.3 Pression

Figure 1.15:Pression atmosphérique

Surpression

Pression d’air

barométrique

Vide partiel

Vide 100 %

pa

bs

pS

pv

id

pa

mb

pamb

= Pression d’air atmosphériquep

s= Surpression

pvid

= Vide partielp

abs= Pression absolue

Figure 1.16:Les différentes pressions

11


Volume débité D [l/min., m³/min., m³/h]

Le débit est exprimé par le volume (l ou m³ ) par unité de temps(minutes ou heures).

On différencie le volume engendré (puissance d’aspiration) etle volume débité (débit réel) d’un compresseur.

Volume engendré Veng

[l/min., m³/min., m³/h]Puissance d’aspiration

Le volume engendré est une grandeur calculable sur lescompresseurs à pistons. Il est le produit de la taille du piston(cylindrée), de la vitesse de rotation du compresseur (nombrede courses) et du nombre de cylindres aspirants. Le volumeengendré est indiqué en l/min., m3/min. ou en m3/h.

Veng

= A ××××× c ××××× n ××××× z

Veng

= Volume engendré [ l /min .]A = Surface du cylindre [dm2]h = Course [dm]n = Nombre de courses [ tr/min .]

(vitesse de rotation du compresseur)z = Nombre de cylindres aspirants

Débit D [ l/min, m³/min, m³/h ]

Contrairement au volume engendré, le volume débité n’est pasune valeur calculée, mais une valeur mesurée sur la conduitede refoulement d’un compresseur et soustraite des conditionsd’aspiration. Le volume débité dépend de la pression finale re-lative aux conditions d’aspiration, de pression et de température.Ainsi, lorsque l’on calcule les conditions d’aspiration, le volumedébit mesuré doit être „détendu“ à la pression d’aspiration et„refroidi“ à la température d’aspiration.

Le volume débité est mesuré conformément aux spécificationsindiquées dans les normes VDMA 4362, DIN 1945, ISO 1217ou PN2 CPTC2 et exprimé en l/min., m3/min. ou m3/h. Le débiteffectif, donc le débit réellement utilisable, est une valeur es-sentielle lors de la conception du compresseur. Les débits nepeuvent être comparés entre eux que s’ils ont été mesuréssous des conditions identiques. Il faut donc que la températured’aspiration, la pression d’aspiration, l’humidité relative et lapression de mesure correspondent.

1.4.3 Volume débité

PMH = Point Mort HautPMB = Point Mort Bas

PMH

PMB

Figure 1.18:Déplacement du piston

Þ

Û

Volume engendréPuissance d’aspiration

Volume débitéDébit réel

Figure 1.17:

12


Débit normalisé DNorm

[Nl/min., Nm3/min., Nm3/h ]

Tout comme le volume débité, le débit normalisé est égalementmesuré.

Il ne correspond toutefois pas aux conditions d’aspiration, maisà une valeur de comparaison théorique. Les valeurs théoriquessont les suivantes pour l’état normal physique :

Température = 273,15 K ( 0 °C )Pression = 1,01325 bar ( 760 mm HG )Densité de l’air = 1,294 kg/m3 ( air sec )

Débit réel VExpt

[ Vl/min., Vm3/min., Vm3/h]

Le débit réel indique le débit effectif de l’air comprimé.

Pour pouvoir comparer le débit réel à d’autres débits, il fautégalement spécifier la pression de l’air comprimé en plus de lavaleur Vl/min., Vm3/min ou Vm3/h.

Débit Volume normalisé20°C + 8% = 0 ° C

Figure 1.19:Volume normalisé

Figure 1.20:Débit réel

1barabs

8barabs

13


Des lois différentes sont appliquées lorsque de l’air est enmouvement et lorsqu’il est stationnaire.

Le débit est calculé à partir de la surface et de la vitesse.

D = S1

××××× v1

= S2

××××× v2

S1

v2

—— = ——S

2v

1

D = DébitA

1, A

2= Section

v1, v

2= Vitesse

Le théorème suivant découle de cette formule :

La vitesse du courant est inversement

proportionnelle à la section.

ll existe différentes sortes de courants : les courants laminaires(le cas idéal), ou turbulents (refoulements et tourbillons).

Flux laminaire (courant régulier)

Faible chute de pressionFaible transfert de chaleur

Flux turbulent (courant tourbillonnaire)

Chute de pression élevéeTransfert de chaleur important

1.5 Air comprimé déplacé

1.5.1 Comportement du courant

1.5.2 Types de flux

Figure 1.21:Comportement du courant

S2

S1

v1

v2

Figure 1.22:Flux laminaire

Figure 1.23:Flux turbulent

24


Les compresseurs

sont des machines utilisées pour transporter ou comprimer desgaz à une pression quelconque.

Les ventilateurs

sont des turbo-machines qui véhiculent de l'air dont les propriétésse rapprochent de celles de l'air atmosphérique.

Les ventilateurs ne sont sujets qu'à de faibles fluctuations dedensité et de température.

Les pompes à vide

sont des machines qui aspirent des gaz et des vapeurs pourgénérer un vide.

3. les compresseurs d'air

Les compresseurs dynamiques sont par exemple desturbocompresseurs sur lesquels des rotors munis de palesaccélèrent le gaz à comprimer. Des systèmes de guidage fixessur les pales convertissent l'énergie de vitesse en énergie depression.

Les compresseurs dynamiques sont conseilléslorsque l'on est en présence de débits importants

et de pressions de refoulement faibles.

Sur les compresseurs volumétriques, la chambre decompression est fermée lorsque l'air a été entièrement aspiré.Le volume est réduit et l'air est comprimé en force.

Les compresseurs volumétriques sont conseillésdans le cas de faibles débits et de pressions

de refoulement importantes.

3.1 Compresseurs

3.1.1 Compresseurs dynamiques

( turbocompresseurs)

3.1.2 Compresseurs volumétriques

25


Compresseurs volumétriques Turbocompresseurs

Compresseur axial Compresseur radial

oscillants rotatifs

avec manivellesans

manivellemono-axe multi-axes

Compresseurmulticellulaire

Compresseur àanneau liquide

Compresseurà vis

CompresseurRoots

Compresseur

à piston

Compresseur àpist. plongeant

Compresseur àdiaphragme

Compresseur àcrosse de pist.

Compresseur àpiston libre

Compresseurs

3.2 Types de compresseurs Le tableau ci-dessous présente un aperçu des différentscompresseurs en fonction de leur principe de fonctionnement.

Sur tous les appareils, on différencie les compresseursfonctionnant sans huile et ceux lubrifiés par huile.

Compresseur àspirale

26


3.2.1 Compresseurs standard Le tableau ci-dessous présente les domaines de travail typiquesde différents types de compresseurs standard.

Type Symbole Schéma fonct. Pl. de pression Débit

[bar] [m3 / h]

Compresseur à 10 (1 étage) 120piston plongeant 35 (2 étages) 600

Compresseur 10 (1 étage) 120à crosse de piston 35 (2 étages) 600

Compresseur à faible aucundiaphragme

Compresseur à utilisation plus limitéepiston libre que le générateur à gaz

Compresseur 16 4500multicellulaire

Compresseur à 10anneau liquide

Compresseur 22 750à vis

Compresseur 1,6 1200 Roots

Compresseur 10 200000axial

Compresseur 10 200000radial

27


3.2.2 Compresseur à piston Les compresseurs à pistons aspirent l'air par déplacementascendant et descendant du piston, le compriment, puisl'évacuent. Les soupapes d'aspiration et de pression contrôlentles processus.

La disposition de plusieurs étages de compression en sériepermet de générer différentes pressions, et différents débits

sont obtenus si l'on utilise plusieurs cylindres.

Compresseur a piston plongeant

Dans le cas du compresseur à piston plongeant, le piston estrelié directement au vilebrequin par la bielle.

Compresseur à crosse de piston

Le piston est entraîné par une bielle entraînée à son tour par lacrosse de piston.

Caractéristiques du compresseur à crosse de piston :

– rendement élevé

– pressions élevées

Figure 3.1:Symbole du compresseur à piston

Figure 3.2:Schéma fonctionnel du compresseur à pistonplongeant

Figure 3.3:Schéma fonctionnel du compresseur à crosse depiston

Crosse de piston

28


La disposition des cylindres permet de différencier lescompresseurs à pistons.

– Cylindres verticauxLe piston et les segments de pistons ne sont soumis àaucune contrainte par le poids du piston.Faible surface de base.

– Cylindres à plat.Compresseurs multi-cylindres uniquement, de type Boxer.Faibles forces de gravité. Cet avantage ne se remarqueque dans le cas de puissances importantes.

– Compresseurs en V, en W ou en L.Bon équilibrage de masse.Encombrement faible.

Figure 3.6:Compresseurs à crosse de pistonà plat, en L, en V, en W

Figure 3.4:Compresseur à piston plongeant en V

Figure 3.5:Compresseur à piston plongeant en W

29


3.2.3 Compresseur à diaphragme Le compresseur à diaphragme se range dans la catégorie descompresseurs volumétriques .

La compression est générée par une membrane élastique. Il nes'agit plus d'un piston qui se déplace sur un plan linéaire entredeux positions de fin de course, mais d'une membrane surlaquelle sont appliquées des vibrations non linéaires. Lamembrane est fixée sur les bords et actionnée par la bielle depiston. La course de la bielle dépend de l'élasticité de lamembrane.

Caractéristiques :

– diamètre de cylindre important

– déplacement moindre

– économique dans le cas de faibles débits, de bassespressions et lorsqu'un vide est généré

Figure 3.7:Symbole du compresseur à diaphragme

Figure 3.8:Schéma fonctionnel du compresseur àdiaphragme

30


3.2.4 Compresseur à piston libre Le compresseur à piston libre entre dans la catégorie descompresseurs volumétriques.

Il s'agit d'un compresseur équipé d'un moteur diesel deux temps.

L'air comprimé agit sur les pistons qui se trouvent en positionextérieure, les chasse vers l'intérieur et entraîne le compresseur.L'air de combustion ainsi comprimé dans le cylindre moteursépare les pistons lors de la combustion du carburant injecté.L'air enfermé est comprimé. La plus grande partie de l'aircomprimé est évacuée par une soupape de maintien de lapression lorsque l'air de purge nécessaire a été évacué. L'airrestant chasse le piston vers l'arrière et un nouveau cycledébute. Les soupapes d'admission aspirent de l'air frais.

Caractéristiques :

– rendement élevé

– fonctionnement sans à-coups

– principe simple, mais rarement utiliséEn pratique, les déplacements du piston doivent êtresynchronisés. Il faut de plus prévoir d'importantssystèmes de commande.a = Orifice d'évacuation de l'air

b = Orifice d'admissionc = Admission du carburantd = Purge

Figure 3.9:Schéma fonctionnel d'un compresseur à pistonlibre

a

b bc

d

31


3.2.5 Compresseur multicellulaire Le compresseur multicellulaire (compresseur à lamelles oucompresseur rotatif à palettes) entre dans la catégorie descompresseurs volumétriques rotatifs.

Le carter et le piston rotatif constituent la chambre servant àaspirer et à comprimer l'air.

Un rotor cylindrique monté excentriquement tourne dans unboîtier hermétique. Le rotor (tambour) présente des fentes lon-gitudinales radiales sur toute sa longueur. Des coulisseaux sedéplacent dans le sens radial à l'intérieur des fentes.

Dès que le rotor toune à une certaine vitesse, les coulisseauxde travail sont plaqués sur la paroi intérieure du carter sousl'effet de la force centrifuge. La chambre de compression situéeentre le rotor et le carter est divisée en plusieurs cellules parles coulisseaux (chambres de travail).

Le montage excentrique du rotor permet d'agrandir ou de réduirele volume au cours d'une rotation.

Les chambres de compression sont lubrifiées par lubrificationexcédentaire ou par injection d'huile.

L'injection de grandes quantités d'huile dans la chambre decompression permet, outre l'effet de lubrification, de refroidir etd'isoler les coulisseaux par rapport aux paroies du boîtier. L'huileinjectée peut être séparée du mélange air/huile à l'issue de lacompression et être réintégrée dans le circuit de l'huile.

Caractéristiques :

– fonctionnement très silencieux

– transport de l'air sans à-coups et régulier

– faible encombrement et maintenance simple

– rendement moindre

– frais d'entretien élevés dus à l'usure des coulisseaux

Figure 3.10:Symbole du compresseur multicellulaire

Figure 3.11:Schéma fonctionnel d'un compresseurmulticellulaire

32


3.2.6 Compresseur à anneau liquide Le compresseur à anneau liquide entre dans la catégorie descompresseurs volumétriques rotatifs.

Les pales radiales fixes de l'arbre monté excentriquement dansle carter soumettent le liquide obstruant à une rotation. Unanneau liquide se forme et isole les chambres situées entre lespales du carter.

Le contenu de la chambre se modifie lorsque l'arbre est enrotation, l'air étant ainsi aspiré, comprimé et transporté.

Le liquide utilisé est généralement de l'eau.

Caractéristiques :

– air sans huile (grâce au liquide utilisé)

– peu sensible aux impuretés et aux agressions chimiques

– un séparateur de liquide est nécessaire, car le liquideauxiliaire est pompé en continu dans la chambre depression

– rendement moindre

a = Rotorb = Carterc = Orifice d'admissiond = Orifice d'échappemente = Liquide

Figure 3.13:Schéma fonctionnel d'un compresseur à anneauliquide

Figure 3.12:Symbole du compresseur à anneau liquide

33


3.2.7 Compresseur à vis

Figure 3.14:Symbole du compresseur à vis

Figure 3.15:Schéma fonctionnel d'un compresseur à vis

Le compresseur à vis entre dans la catégorie des compresseursvolumétriques rotatifs.

Deux rotors parallèles présentant des profils différents tournenten sens inverse dans un carter.

L'air aspiré par le cœur du compresseur à vis, c'est-à-dire par lebloc vis, est comprimé en continu jusqu'à la pression finale lorsde son transport dans des chambres dont la taille ne cesse dediminuer, puis refoulé par les conduites de pression. Leschambres forment les parois du carter et les pales à engrenagedes deux rotors.

Compresseur à vis sans huile

Sur le compresseur à vis compressant sans huile, l'air comprimédans la chambre de compression n'entre pas en contact avecl'huile, un entraînement synchronisé assure la rotation des rotorssans que les surfaces des profils se touchent.

Compresseur à vis refroidis par injection d'huile

Sur le compresseur refroidi par injection d'huile, seul le rotorest entraîné. Le rotor secondaire tourne sans contact.

Caractéristiques :

– faible taille

– transport continu de l'air

– faible température de compression finale(dans le cas du refroidissement par injection d'huile)

Figure 3.16:Coupe d'un étage de compresseur à vis

34


3.2.8 Compresseur Roots Le compresseur Roots entre dans la catégorie descompresseurs volumétriques.

Deux pistons rotatifs symétriques tournent en sens inverse dansune chambre cylindrique. Un entraînement synchronisé leurpermet de fonctionner sans se toucher.

L'air à comprimer est introduit dans le carter du compresseurpar le côté aspiration. Il est emprisonné dans la chambre situéeentre les pales et le carter. Dès que le piston ouvre l'angle ducôté aspiration, le gaz pénètre dans les conduites de pressionet remplit la chambre de pression. Lorsque la pale poursuit sarotation, le volume de la chambre de transport est exposé àune contre-pression et éjecté. La compression n'est pasconstante. Le compresseur doit donc toujours lutter contrel'entière pression dynamique.

Caractéristiques :

– pas d'usure du piston rotatif et donc absence degraissage

– air sans huile

– sensible à la poussière et au sable

Figure 3.17:Symbole du compresseur Roots

Figure 3.18:Schéma foncionnel du compresseur Roots

35


3.2.9 Compresseur axial Les compresseurs axiaux sont des turbomachines. L'air s'écoulesur le plan axial en passant alternativement au travers d'uncertain nombre de pales en rotation et stationnaires.

L'air est accéléré avant d'être comprimé. Les canaux des palesforment des conduites allant en s'élargissant, sous forme dediffuseurs, dans lesquelles l'énergie cinétique de l'air obtenuepar la rotation est retardée et transformée en énergie de pression.

Caractéristiques :

– transport régulier

– air sans huile

– sensible aux variations de charge

– un débit minimum est exigé

Figure 3.19:Symbole du turbocompresseur

Figure 3.20:Schéma fonctionnel d'un compresseur axial

36


3.2.10 Compresseur radial Les compresseurs radiaux sont des turbomachines surlesquelles l'air est amené au centre de la roue à aube en rotation.

L'air est projeté sur la périphérie sous l'action des forcescentrifuges. La montée en pression est obtenue en faisantpasser l'air accéléré au travers d'un diffuseur avant qu'il atteignela pale suivante. L'énergie cinétique (énergie produite par lavitesse) se transforme en pression statique lors de ce processus.

Caractéristiques :

– transport régulier

– air sans huile

– sensible contre les changements de charge

– un débit minimum est exigé

Figure 3.21:Symbole du turbocompresseur

Figure 3.22:Schéma fonctionnel d'un compresseur radial

37


Les compresseurs à pistons fonctionnent selon le principe durefoulement. Le piston aspire l'air par la soupape d'aspirationlorsque le piston descend. La soupape se ferme dès que lepiston remonte. L'air est comprimé et chassé par la soupapede refoulement. L'entraînement du piston peut être réalisé aumoyen d'une transmission à manivelle, avec vilebrequin etbielles.

Les compresseurs à pistons peuvent se composer de un ouplusieurs cylindres et de un ou plusieurs étages.

On utilise les compresseurs à plusieurs cylindres pour générerdes débits importants et les compresseurs à plusieurs étageslorsque des pressions élevées sont exigées.

Compression à un étage

La compression jusqu'à la pression finale est réalisée en uneseule course de piston.

Compression à deux étages

L'air comprimé qui se trouve dans le premier étage (étagebasse pression) est refroidi dans le radiateur auxiliaire, puiscomprimé à la pression finale dans le deuxième étage(cylindre haute pression).

Compresseur à action simple

Une opération de compression est réalisee à chaque rotationdu vilebrequin.

Compresseur à action double

Deux opérations de compression sont réalisées à chaquerotation du vilebrequin.

Vitesses de piston

Sur les compresseurs, la vitesse de rotation du compresseur,ou celle du moteur, est d'ordre secondaire. La vitesse du pistonreprésente un élément décisif pour analyser l'usure. Il est ainsipossible qu'un compresseur de grande cylindrée et à faiblevitesse de rotation possède une vitesse de piston élevée. Lavitesse de piston, mesurée en m/s, est extrêmement faible surles compresseurs à pistons BOGE. Il en résulte une usureminimale.

3.3 Compresseurs à piston

3.3.1 Généralités

Figure 3.23:Compresseur à piston BOGE

Figure 3.24:Principe de fonctionnement

Aspiration Compression

38


Volume aspiré - débit réel

Volume engendré - volume débité

Le volume aspiré (volume engendré) est une grandeur calculéesur les compresseurs à pistons. Elle est le produit de lacylindrée, de la vitesse de rotation du compresseur (nombre decourses) et du nombre de cylindres aspirants. Le volumeengendré est exprimé en l/min., m3/min. ou en m3/h.

Le débit réel (volume débité) est mesuré selon la norme VDMA,feuillet 4362, DIN 1945, ISO 1217 ou selon PN2 PTC2.Le rapport entre le débit réel et le volume aspiré est le rendementvolumétrique.

Espace mort

L'espace mort est une valeur constructive. Il se trouve entre lepoint mort haut du piston et la partie inférieure de la soupape.

L'espace mort est le résultat

— des tolérances de fabrication

— des cavités dans les soupapes et les poches de soupapes

— des particularités de construction

Lorsque le piston se déplace vers le bas, l'air qui se trouvedans l'espace mort (ré-expension) est porté à la pressionatmosphérique. Ce n'est qu'à cet instant que l'air extérieur estaspiré pendant que le piston poursuit sa descente.

La différence entre le volume aspiré et le débit réel est due aufait que la pression de l'air aspiré commence à chuter dèsl'aspiration dans le filtre d'aspiration. Il se produit en outre despertes causées par des fuites, l'air aspiré se réchauffe et uneré-expansion due à l'espace mort a également lieu.

3.3.2 Volume aspiré - Débit

Þ

Û

Volume engendréVolume aspiré

Volume débitéDébit réel

Figure 3.25:Volume engendré et débit

Figure 3.26:Espace mort

E

R

C

E = espace mortC = courseR = ré-expansion

39


3.3.3 Refroidissement Tous les processus de compression génèrent de la chaleur. Ledegré d'échauffement dépend de la pression finale ducompresseur. Plus cette dernière est élevée, plus la températurede compression le sera également.

Le règlement de prévoyance contre les accidents stipule que latempérature de compression des compresseurs à chambresde compression lubrifiées à l'huile et compression à un étage,présentant une puissance moteur de 20 kW maximum et de 10bar maximum, peut s'élever à 220°C.

Une température maximale de 200°C est autorisée lorsque lespressions et les puissances moteur sont plus élevées. Dans lecas d'une compression à plusieurs étages et de pressionssupérieures à 10 bar, la température de compression finale nedoit pas dépasser 160°C.

La majeure partie de la chaleur de compression doit donc êtreévacuée. Des températures d'air comprimé trop élevéesreprésentent un danger, car une faible partie de l'huile utiliséepour le graissage pénètre sous forme d'huile résiduelle dansl'air comprimé lors de la compression. L'air risque donc des'enflammer. Un incendie dans la conduite ou dans lecompresseur serait toutefois le moindre des maux. A partir decertaines températures, le risque d'explosion est particulièrementélevé, justement dans le cas de l'air comprimé, car, par rapportau volume, il présente une teneur en oxygène beaucoup plusimportante que celle de l'air atmosphérique.

Un radiateur intermédiaire ou auxiliaire équipe chaque étage decompresseur pour générer un air comprimé aussi froid quepossible.

La quantité de chaleur qu'il faut évacuer par refroidissementdépend du volume d'air et de la pression. Les compresseurspuissants sont équipés de deux ou trois cylindres, voire mêmedavantage. Les cylindres sont montés de manière à êtreexposés au courant d'air du ventilateur. La surface des cylindreset des têtes de cylindres présente de larges ailettes afind'optimiser l'évacuation de la chaleur. Le refroidissement intensifet les ailettes du compresseur restent cependant insuffisantspour obtenir une température d'air comprimé aussi faible quepossible. L'air comprimé doit être également refroidi dans leradiateur intermédiaire, entre le premier et le deuxième étage,ou dans le radiateur auxiliaire, en aval du deuxième étage. Unecompression sur plusieurs étages doit être réalisée si lerefroidissement demeure insuffisant.

La prescription VBG 16 § 9 du règlement de prévoyance contreles accidents stipule en Allemagne qu'un refroidissement à 60ou 80°C doit être obtenu au bout du dernier étage sur lescompresseurs à pistons lubrifiés par huile. Une faibletempérature de sortie de l'air comprimé présente l'avantage defournir un air peu humide. Les composants ajoutés aucompresseur (réservoir d'air comprimé, appareils de retraitementde l'air comprimé) peuvent être conçus pour résister à de faiblestempératures et sont donc meilleur marché. La température desortie de l'air comprimé est de 10 à 15°C supérieure à l'airambiant sur les compresseurs à pistons refroidis par air, selonla qualité du compresseur.

Figure 3.27:Guidage de l'air de refroidissement sur lecompresseur à piston

Figure 3.28:Radiateur auxiliaire représenté par un radiateur àailettes à turbulences

40


— Presque tous les gaz techniques peuvent être comprimés

— Compression économique jusqu'à 40 bar

— Utilisable en tant que compresseur auxiliaire

— Commande simple

— Mode Start-Stop économique (sans marche à vide)

3.3.6 Avantages des compresseurs à pistons

Les compresseurs à pistons sont généralement descompresseurs refroidis par air. L'air de refroidissementprésente l'avantage d'être disponible gratuitement et en quantitéillimitée presque partout.

L'air de refroidissement est généré par un ventilateur qui dirigel'air de refroidissement sur le radiateur intermédiaire ou auxiliaireet sur le compresseur.

Du condensat se forme à l'intérieur du radiateur lorsque l'air estcomprimé ou refroidi. Sous l'effet de la vitesse du courant, lecondensat quitte le radiateur auxiliaire et pénètre dans le réseaude conduites ou dans le réservoir d'air comprimé.

3.3.4 Réfrigérant

Les compresseurs à pistons sont généralement régulés aumoyen de pressostats. Ces derniers doivent être montés àl'endroit où l'air comprimé n'est plus agité. Ce sera par exemplesur le réservoir de pression et non sur la conduite située entrele compresseur et le réservoir.

Le pressostat arrête le compresseur lorsque la pression maxi-male est atteinte et le déclenche lorqu'il passe à 20% en dessousde la pression maximale. Le rapport est donc de 8 :10 bar oude 12 :15 bar.

Un faible écart de pression de déclenchement est déconseillé.Le compresseur démarre sinon trop souvent, l'usure ducompresseur et du moteur étant ainsi accrue. La pression dedéclenchement peut être réduite pour une pression d'arrêt égale.De cette manière, le compresseur fonctionne sur des périodesplus longues, mais il s'arrête en même temps plus longtemps.La pression de déclenchement réglée ne doit pas descendreen dessous de la pression minimale du réseau d'air comprimé.

Les compresseurs à pistons s'arrêtent dès que la pressionmaximale est atteinte (mode intermittent).

Les compresseurs à pistons sont par conséquent parfaitementadaptés en tant que machines à charge de pointe. Lecompresseur ne se met en route que lorsqu'un besoin d'airimportant intervient et s'arrête aussitôt que la pression maxi-male est atteinte, réalisant ainsi une économie d'énergie deprès de 30 %.

3.3.5 Régulation des compresseurs à

pistons

Figure 3.29:Interrupteur manométrique(pressostat)

41


3.3.7 Modules d'un compresseur à piston

Carter moteur Filtre d'aspiration

Soupape desécurité

Pressostat

Radiateur

Moteurd'entraî-nement

Figure 3.30:Modules d'un compresseur à piston

Evacuation ducondensat

Raccord d'aircomprimé

42


Contrairement au compresseur à piston, le compresseur à visest un type de compresseur relativement récent. Bien que sonprincipe ait déjà été développé en 1878 par Heinrich Krigar àHannovre, sa construction n'a commencé qu'à l'issue de laseconde guerre mondiale. La société suédoise "Svenska RotorMaskiner" ( SRM ) développa le compresseur à vis pour en faireun appareil standard sur le plan technique.

Les compresseurs à vis fonctionnent selon le principe durefoulement. Deux rotors parallèles présentant des profilsdifférents tournent en sens inverse dans un carter.

3.4 Compresseurs à vis

3.4.1 Généralités

3.4.2 Compression L’air aspiré est compressé jusqu’au niveau de compression finaldans des chambres dont le volume ne cesse de diminuer, suiteà la rotation des rotors. Il passe ensuite dans les conduites derefoulement. Les chambres sont formées par les parois du carteret les profils hélicoïdaux des rotors

Aspiration ( 1 )

L’air entre par l’orifice d’aspiration dans les spires des rotorsouvertes du côté aspiration.

Compression ( 2 ) + ( 3 )

la rotation progressive des rotors provoque la fermeture del’orifice d’admission d’air, le volume est réduit et la pressionmonte.

L'huile est injectée lors de ce processus.

Evacuation ( 4 )

la compression est terminée, la pression finale est atteinte,le refoulement commence.

Figure 3.31:Vue en coupe d'un compresseur à vis

Figure 3.32:Compression sur un compresseur à vis

Aspiration

Compression

Aspiration

Compression

Aspiration

Compression

Aspiration

Compression

43


Les compresseurs à vis BOGE aspirent l'air ambiant via lefiltre d'aspiration 1, équipé d'un filtre microporeux en papier,d'un dépoussiéreur à cyclone et d'un indicateur d'encrassement.L'air purifié entre dans le bloc vis 4 après être passé dans lerégulateur multifonctions 2. De l'huile refroidie 3 finement doséeest injectée en continu à 55°C environ dans la chambre decompression. Elle absorbe la chaleur qui se produit lors de lacompression et atteint une température de 85°C environ. Lesdirectives CE sur les machines stipulent que la températurefinale de compression peut atteindre 110°C. La plus grandepartie de l'huile est séparée de l'air comprimé dans la cuvemixte 5. Le séparateur d'huile 6 sépare le reste, de manière àce que la teneur en huile résiduelle ne soit plus que de 1 à 3mg/m3. L'air comprimé entre ensuite dans le radiateur auxiliaired'air comprimé 9 via un clapet anti-retour à pression minimale7, où il est refroidi à une température supérieure de 8°C env.seulement à celle de la température d'aspiration. Il entre ensuitedans le réseau d'air comprimé via la vanne d'arrêt montée ensérie chez BOGE.L'huile, séparée dans le séparateur d'huile, est refroidie de 85°Cà 55°C dans un radiateur d'huile 8 généreusement dimensionné,passe dans un filtre à huile équipé d'un filtre microporeux 10.La vanne thermostatique 11, également montée dans le circuitde l'huile, permet de ramener directement l'huile froide à l'étagede compression 4.

3.4.2 Principe de

fonctionnement

Figure 3.33:Schéma fonctionnel d'uncompresseur à vis BOGE

1 = Filtre d'aspiration avec filtre microporeuxen papier

2 = Régulateur d'aspiration multifonctions

3 = Injecteur d'huile

4 = Bloc vis

5 = Cuve mixte

6 = Cartouche séparatrice

7 = Clapet anti-retour à pression minimale

8 = Radiateur d'huile

9 = Radiateur auxiliaire parallèle au courantd'air de refroidissement

10 = Filtre microporeux

11 = Vanne thermostatique

12 = Ouverture de nettoyage

4

7

6

1

2

10

9

5

11

8

3

12

44


3.4.3 Circuit de l'huile L'huile injectée dans le bloc vis remplit les fonctions suivantes:

– évacuation de la chaleur de compression (refroidissement)– étanchéité de l'espace situé entre les rotors, et entre les

rotors et le carter– lubrification des paliers

1 = Réservoir d'air comprimé-huile (cuve mixte)

L'huile, séparée de l'air comprimé sous l'action de la forcecentrifuge, se dépose dans la cuve mixte.La pression qui règne dans le système permet de transportercette huile du réservoir dans le bloc vis.

2 = Clapet de réglage d'huile thermostatique

Le clapet de réglage d'huile thermostatique dirige l'huile, selonsa température, vers le radiateur ou vers une conduite dedérivation (lors de la phase de démarrage par exemple). L'huileconserve ainsi toujours une température de fonctionnement op-timale.

3 = Radiateur d'huile (refroidi par air ou par eau)Le radiateur d'huile permet de refroidir l'huile à la températurede fonctionnement.

4 = Filtre à huile

Le filtre à huile retient les impuretés contenues dans l'huile.

5 = Bloc vis

L'huile injectée revient dans la cuve mixte avec l'air comprimé.Elle y est séparée sous l'action de la pesanteur.

6 = Conduite de drainage

L'huile résiduelle qui s'est déposée dans le séparateur d'huileest refoulée vers le bloc vis dans le circuit de l'huile par laconduite de drainage.

Figure 3.34:Eléments composant le circuit de l'huile

4

5 6

2

1

3

45


L'air aspiré est compressé jusqu'à la pression finale dans leschambres du bloc vis grâce aux rotors.

1 = Filtre d'aspiration

Le filtre d'aspiration nettoie l'air aspiré par le bloc vis.

2 = Régulateur d'aspiration

Le régulateur d'aspiration ouvre (marche en charge) ou ferme(marche à vide, ralenti) la conduite d'aspiration indépendammentdu mode de fonctionnement du compresseur.

3 = Bloc vis

Le bloc vis comprime l'air aspiré.

4 = Cuve mixte

L'air comprimé et l'huile sont séparés dans la cuve mixte sousl'action de la pesanteur.

5 = Séparateur d'huile

Le séparateur d'huile évacue l'huile résiduelle contenue dansl'air comprimé.

6 = Clapet anti-retour à pression minimale

Le clapet anti-retour à pression minimale ne s'ouvre que lorsquele système atteint une pression de 3,5 bar. Il provoque unerapide chute de la pression dans le système et assure lalubrification au cours de la phase de démarrage et de montéeen pression. Lorsque le compresseur est arrêté, le clapet anti-retour permet d'éviter que de l'air comprimé ne s'échappe duréseau.

7 = Radiateur auxiliaire d'air comprimé (refroidi par air)L'air comprimé est refroidi dans le radiateur auxiliaire d'aircomprimé. Une grande partie de l'humidité contenue dans l'airpasse à l'état liquide lors de cette opération.

8 = Clapet anti-retour

Le clapet anti-retour permet d'isoler le compresseur à vis duréseau.

3.4.4 Circuit de l'air

Figure 3.35:Eléments composant le circuit de l'air

78 6

543

21

46


— Lorsque de l'air comprimé est nécessaire en continu.

— Parfaits en tant que machines à charge de base.

— Economiques lorsque la durée de fonctionnement atteint100%.

Sur les compresseurs à vis refroidis par injection d'huile, l'huileabsorbe près de 85% de la chaleur. La chaleur, extraite del'huile dans un échangeur de chaleur, peut être utilisée pourchauffer l'eau non potable ou de chauffage.

L'eau entrant dans l'échangeur de chaleur en contre-courantest chauffée à une température de +70°C. La quantité d'eauchauffée dépend de la différence de température.

3.4.5 Récupération de la chaleur

3.4.7 Avantages des compresseurs à vis

Figure 3.36:Echangeur de chaleur DUOTHERM de BOGE

�

Figure 3.37:Réglage de l'aspiration au moyen d'une vanne decommande

Le régulateur d'aspiration commande l'aspiration de l'air ducompresseur à vis.

— Démarrage à vide lorsque le régulateur est fermé.

— Fermeture hermétique en marche à vide, à l'arrêt et lorsd'un arrêt d'urgence.

3.4.6 Régulation de l'aspiration

47


3.4.8 Modules d'un compresseur à vis

Filtre d'aspirationCommande

Moteur

Figure 3.38:Modules d'un compresseur à vis

Bloc vis

Filtre à huile

Cuve mixte

Radiateur air comprimé-huile

Séparateur d'huile

Régulateur d'aspiration

Filtre de l'airdeventilation

48


3.5 Modules équipant les

compresseurs

3.5.1 Moteur d'entraînement Les moteurs d’entraînement, les moteurs triphasés en parti-culier, fonctionnent généralement à un régime de 3000 t/min.La vitesse de rotation appropriée pour le compresseur est ob-tenue grâce à une transmission par courroies trapézoïdales.Les moteurs triphasés sont conformes à la classe de protectionIP 55 et à la classe d'isolation F, et représentent l'état actuel dela technique.

Figure 3.39:Moteur d'entraînement avec courroiestrapézoïdales et système de tension de courroies

3.5.2 Courroies trapézoïdales Le compresseur est entraîné au moyen de courroiestrapézoïdales.

Grâce au système d'entraînement patenté GM qui équipe lescompresseurs à vis, les courroies ne nécessitent pratiquementaucune maintenance, leur durée de vie peut atteindre 25 000heures de fonctionnement.

3.5.3 Système de tension de courroie Le moteur des compresseurs à pistons est monté sur unsystème de tension de courroie. Pour tendre la courroie, lemoteur est déplacé sur des guides parallèles au moyen d'unebroche centrale. La courroie trapézoïdale peut tourner en touteliberté.

Les compresseurs à vis BOGE sont équipés du système

d'entraînement GM BOGE. Grâce à ce système, il est inutilede retendre la courroie ou de l'ajuster lorsqu'elle est remplacée.En cours de fonctionnement, la tension de la courroie estadaptée de manière optimale à chacune des phases defonctionnement.

Figure 3.40:Entraînement GM BOGE

49


3.5.4 Soupapes d'aspiration et de

refoulement

La soupape à languette commande l’entrée et la sortie del’air dans la chambre du cylindre du compresseur à piston.

Les soupapes à languette ferax® de BOGE possèdent moinsd'éléments que les soupapes traditionnelles. Elles fonctionnentsans frottement, présentent peu d'espaces morts et unerésistance hydraulique moins importante. Il en résulte un débitplus élevé, des durées de vie des soupapes plus longues et uncalaminage pratiquement nul. Le calaminage est dû auximpuretés qui se forment en présence de températures decompression élevées et qui se déposent sur les soupapes.

Figure 3.41:Soupape à languette ferax® de BOGE

3.5.5 Soupape de sécurité La soupape de sécurité doit évacuer le débit entier du com-presseur à 1,1 fois la pression nominale du réservoir d’air com-primé.

Figure 3.42:Soupape de sécurité sur le compresseur à vis

3.5.6 Filtre d'aspiration L’air à comprimer est aspiré hors de la chambre du compres-seur via le filtre d’aspiration. Le filtre d’aspiration sépare lesimpuretés solides (particules de poussière) de l’air aspiré.L’usure du compresseur est ainsi réduite à un minimum et leclient dispose d’un air comprimé propre.

Dans les environnements poussiéreux (cimenteries parexemple), on utilise les cartouches filtrantes en papier, car ellespossèdent un pouvoir de séparation plus élevé que les filtres àair de type humide traditionnels ou les filtres en mousse.

Il est possible de nettoyer les cartouches filtrantes sur lescompresseurs de grande taille. Il est également possible desurveiller les différences de pression sur le filtre d'aspiration.L'encrassement du filtre peut être ainsi identifié à temps.

Figure 3.43:Filtre d'aspiration et cartouche filtrante en papier

Dépoussiéreur à Cartouche filtrante encyclone papier

Evacuation automatique de la poussière

50


3.6 Lubrifiants et réfrigérants pour

compresseurs

Les huiles pour compresseurs sont conformes à la norme DIN51506. Il est déconseillé d’utiliser des huiles HD pour lubrifierun compresseur, car elles ont tendance à s’émulsionner etperdent ainsi leur pouvoir lubrifiant.

Les huiles minérales et synthétiques sont autorisées. Dansdes conditions d'exploitation normales, les huiles minérales ontune durée de vie de 2000 heures environ. Les huilessynthétiques peuvent être remplacées à plus longs intervalles.

Le niveau d'huile du compresseur doit être vérifié régulièrement.

La première vidange doit être réalisée à l'issue de la période derodage (entre 300 et 500 heures de fonctionnement environ).

Le compresseur ne doit pas être mis en route si le niveau d'huileest insuffisant. Une marche d'essai sans huile, même de trèscourte durée (pour s'assurer par exemple du sens de rotation)peut détériorer l'appareil.

Le filtre à huile doit être nettoyé après chaque vidange etremplacé par un filtre neuf toutes les deux vidanges.

Les huiles pour compresseurs et le condensat des compresseurslubrifiés à l'huile ne doivent pas être déversés dans lescanalisations, mais éliminés en tant qu'huiles usagées.

Compresseur à piston

Les huiles à base synthétique permettent de porter la durée defonctionnement du compresseur à 8000 heures.

Compresseur à vis

Les huiles à base semi-synthétique permettent de porter ladurée de fonctionnement du compresseur à 9000 heures.

Des huiles USDA-H1 doivent être utilisées si l'air compriméentre en contact avec des produits alimentaires.

Figure 3.44:Contrôle du niveau d'huile et sonde de niveau

51

Régulation des compresseurs

4. Régulation des compresseurs

L’objectif de la régulation est de réduire la consommationd’énergie et l’usure et de maximiser la disponibilité.

Il existe différents types de régulation, en fonction du modèleet de la taille du compresseur et du domaine d’application :

– régulation de la pression finale de compression (pressionréseau)

– régulation de la pression d’aspiration

– régulation du volume débité

– régulation de la puissance électrique absorbée du moteurdu compresseur

– régulation de l’humidité en aval du compresseur

La régulation de la pression finale du compresseur représentele facteur de réglage le plus important.

Pression réseau pR [bar

S]

La pression réseau pR est la pression mesurée à la sortie du

compresseur, après le clapet anti-retour. Il s’agit de la pressionqui règne dans le réseau de conduites.

Pression théorique du réseau pRT

[barS]

La pression théorique du réseau pRT

est la pression minimumqui doit être disponible dans le réseau.

Pression du système pSyst

[barS]

La pression du système pSyst

est la pression qui règne au seind’un compresseur à vis jusqu’au clapet anti-retour de pressionminimale.

Pression de déclenchement pmin

[bars]

La pression de déclenchement pmin

est la pression à partir delaquelle le compresseur est activé.La pression de déclenchement p

min doit être au moins supérieure

de 0,5 bar à la valeur théorique de la pression réseau pR.

Pression d’arrêt Pmax

[bars]

La pression d’arrêt pmax

est la pression à partir de laquelle lecompresseur est désactivé.Sur les compresseurs à pistons, la pression d’arrêt p

max devrait

excéder de 20% env. la pression de déclenchement (par ex. :pression de déclenchement de 8 bar et pression d’arrêt de 10bar).Sur les compresseurs à vis, la pression d’arrêt p

max devrait

excéder de 0,5 à 1 bar la pression de déclenchement (par ex. :pression de déclenchement de 9 bar et pression d’arrêt de10 bar).

4.1 Définitions de pressions

52


L’état de fonctionnement représente la situation actuelle danslaquelle se trouve le compresseur. Les états de fonctionnementconstituent la base de régulation des compresseurs.

Le compresseur est à l’arrêt, mais il est opérationnel. Il démarreautomatiquement dès que de l’air comprimé est nécessaire.

Le moteur du compresseur est en marche, mais l’air n’est pascomprimé. Le compresseur économise l’énergie en partienécessaire pour la compression. Il passe immédiatement enmode Pleine charge dès que de l’air comprimé est nécessaire.

La marche à vide permet de réduire les cycles moteur et parconséquent de limiter l’usure.

On fait appel à différentes techniques pour contrôler la marcheà vide :

Commutation par circulation

La conduite d’aspiration est reliée directement à la conduite derefoulement. D’importantes pertes de pression surgissent, ilest impératif de prévoir un clapet anti-retour.

Commutation par courant de retour

Les soupapes d’aspiration du compresseur ne sont pas ferméeslors du processus de compression. L’air n’est pas comprimé etrepart vers le côté aspiration.

La commutation par courant de retour est également appropriéepour délester le compresseur au démarrage, la déchargeintervenant déjà dès la première course de travail.

Fermeture de la conduite d’aspiration

Une soupape ferme la conduite d’aspiration du compresseur.Le débit aspiré est réduit à zéro. Il ne reste plus d’air àcomprimer, les pertes restent par conséquent très faibles.

Fermeture de la conduite de pression

Une soupape ferme la conduite de pression du compresseur.L’air comprimé ne peut pas être évacué. Aucun débit ne peutêtre généré.

4.2 Etats de fonctionnement

4.2.1 Arrêt (L0)

4.2.2 Marche à vide (L1)

53


Le débit du compresseur est adapté aux différents besoins enair comprimé. La consommation d’énergie baisse lorsque ledébit diminue. La pression du réseau p

R est constante.

Plusieurs méthodes permettent de faire varier le débit. Danscertains cas, il est possible de les combiner entre elles :

Réglage de la vitesse de rotation

Le débit du compresseur est modifié en variant la vitesse derotation du moteur. Cette application est utilisée en premierlieu sur les compresseurs équipés d’un moteur à explosion.Sur les compresseurs à moteur électrique, la vitesse de rotationest généralement réglée au moyen d’un variateur de fréquence.

Le débit est réglé en continu de 40 à 100%.

Réglage de la chambre de mise en circuit (sur lescompresseurs à pistons uniquement)

L’agrandissement de l’espace mort provoque une forte ré-expansion de l’air comprimé. Le débit peut être réduit peu àpeu si l’on ouvre plusieurs chambres de mise en circuit lesunes après les autres. Il existe également des variantes quipermettent d’agrandir une chambre de mise en circuit en continu.

Réglage du courant de retour (sur les compresseurs à pistonsuniquement)

Le débit du compresseur est réduit en ouvrant les soupapesd’aspiration au cours de la compression. La période d’ouverturedes soupapes d’aspiration détermine la diminution du débitcomprimé.

Un réglage de charge partielle de 25 à 100% du débit peut êtreréalisé. Le débit descend à zéro si la soupape d’aspiration resteouverte pendant toute la durée de la compression.

Réglage de l’étranglement d’aspiration

Une soupape d’étranglement réglable est montée sur la conduited’aspiration pour réduire le volume d’aspiration. Le réglageautomatique est assuré par une soupape de pression asserviesur laquelle on applique la pression réseau. Si la pression réseaubaisse, la soupape d’étranglement s’ouvre, le compresseuraspire davantage d’air et le débit augmente. Dès que la pressionréseau s’est stabilisée, la soupape d’étranglement se refermeet le compresseur fonctionne au ralenti

Le débit varie en continu de 0 à 100%. Les besoins en énergieélectrique restent supérieurs à 70%.

4.2.3 Charge partielle

4.2.4 Pleine charge (L2

)Le compresseur fournit le débit maximum. La consommationd’énergie atteint son maximum.

54


La régulation d’un compresseur poursuit deux objectifs :économiser l’énergie et limiter l’usure.

Pour atteindre ces objectifs, les 4 modes de fonctionnementdes compresseurs sont combinés dans différents types derégulation. Le type de régulation retenu dépend des conditionsmarginales.

En mode intermittent, un interrupteur manométrique ou unmanomètre de contact déclenchent le compresseur en fonctionde la pression qui règne dans le réseau.

Le compresseur possède deux modes de fonctionnement :Pleine charge (L

2) et Arrêt (L

0).

Parmi tous les types de régulation, cette conception présentele meilleur bilan énérgétique. Elle est conseillée lorsqu’unréservoir d’air comprimé volumineux équipe le compresseur. Unvolume de stockage important permet en outre de réduire lenombre de cycles moteur.

– La pression réseau pR monte jusqu’à la pression d’arrêt

pmax

.Le compresseur passe en mode Arrêt (L

0).

– La pression réseau pR chute jusqu’à la pression de

déclenchement pmin

.Le compresseur passe en mode Pleine charge (L

2).

Un interrupteur manométrique ou un manomètre de contactpermettent de déclencher le compresseur en pleine charge oude l’arrêter en fonction de la pression qui règne dans le réseau.

En Marche à vide (L1), le moteur continue de tourner, mais le

compresseur ne fournit pas d’air comprimé. Le compresseurne consomme plus que 30% environ de l’énergie nécessairelorsqu’il fonctionne en pleine charge.

Le fonctionnement continu du moteur minimise les démarragesdu moteur qui, particulièrement sur les gros moteurs, provoquentune usure plus élevée.

Le mode Marche à vide est utilisé dans les réseaux d’aircomprimé disposant d’un volume de stockage relativement faible,afin de ne pas dépasser le nombre de déclenchements autorisésdu moteur d’entraînement.

– La pression du réseau pR monte jusqu’à la pression

d’arrêt pmax

.Le compresseur passe en mode Marche à vide (L

1).

– La pression du réseau pR chute jusqu’à la pression de

déclenchement pmin


2).

4.3 Régulation des

compresseurs

4.3.1 Mode intermittent

Figure 4.1 :Schéma fonctionnel du mode intermittent

Pression

Rendement électrique

4.3.2 Marche à vide

Figure 4.2 :Schéma fonctionnel du mode Marche à vide

Pression


55


Un pressostat, ou un manomètre de contact, est utilisé enassociation avec un élément temporel pour commander lecompresseur en fonction de la pression du réseau.

Le compresseur exécute les modes de fonctionnement Pleine

charge (L2), Marche à vide (L

1) et Arrêt (L

0). Les modes de

fonctionnement sont reliés entre eux via l’élément temporel tV .

Le mode intermittent retardé conjugue les avantages du modeintermittent et ceux de la marche à vide. Il représente un justemilieu, avec une consommation d’énergie moindre qu’en marcheà vide.

Deux variantes de commutation sont utilisées pour le modeintermittent retardé :

1ère variante

– La pression reseau pR augmente jusqu’à la pression

d’arrêt pmax.


1).

– La pression réseau pR n’a pas atteint la pression de

déclenchement pmin

à l’issue de la période tV.

Le compresseur passe en mode Arrêt (L0).

– La pression réseau pR descend sous la pression de

déclenchement pmin


2).

2è variante

– La pression réseau pR augmente jusqu’à la pression

d’arrêt pmax.


1).

– La pression réseau pR atteint la pression de déclenchement

pmin

avant l’issue de la période tV.

Le compresseur passe en mode Pleine charge (L2)

Il existe deux possibilités pour activer l’élément temporel tV :

1. L’élément temporel tV est démarré lorsque le compresseur

est mis en route (pmin

).Il en résulte des périodes de marche à vide plus réduites etdonc de plus faibles coûts en énergie que dans le cas defigure 2.

2. L’élément temporel tVest démarré lorsque la pression d’arrêt

(pmax

) est atteinte.

4.3.3 Mode intermittent retardé

Figure 4.3Diagramme fonctionnel du mode intermittentretardé

Pression


1. 2.

56


Le volume débité par le compresseur est adapté au volumed’air comprimé nécessaire.

La pression du réseau pR reste en grande partie constante grâce

au réglage de puissance variable. Les fluctuations de pR sont

différentes selon la méthode de régulation de charge partielleemployée.

La régulation de charge partielle est utilisée sur les systèmesdisposant d’un volume de stockage limité et/ou lorsque lesvariations des consommateurs sont trop importantes. Le nombrede cycles diminue.

Indépendamment de la commande ARS, BOGE propose enoption une régulation progressive pour les compresseurs àvis refroidis par injection d’huile. Ce réglage intervient dans lesprocessus du régulateur d’aspiration et fonctionne selon leprincipe de la modulation.

La régulation progressive de BOGE est définie en usine surun refoulement compris entre 50 et 100% du débit. Si le débitchute en dessous de 50%, le compresseur ne fonctionne paséconomiquement. Selon le cycle de démarrages, le compresseurest arrêté ou continu de fonctionner à vide.

Le réglage de la fréquence permet de régler le débit entre 0%(marche à vide) et la plage comprise entre 40 à 100%, pourune puissance absorbée de 35 et 110 %. Le réglage de chargepartielle est réalisé en modifiant la vitesse de rotation du moteurd’entraînement, commandé par un variateur de fréquence.

Le compresseur ne fonctionne pas économiquement si le débitchute en dessous de 40%. Le compresseur est désactivé oufonctionne à vide selon le cycle de démarrages. Le réglage dela fréquence fonctionne le plus économiquement sur lescompresseurs à vis fonctionnant sans huile.

4.3.4 Charge partielle

4.3.4.1 Régulation progressive

4.3.4.2 Réglage de la fréquence

Figure 4.4Schéma fonctionnel du réglage de charge partielle

Variation de la pression

Variation du rendement électrique

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Pu

iss

an

ce

ab

so

rbé

e [

%]

Figure 4.5 :Corrélation entre le débit et la puissance nécessitéedans le cas de la régulation progressive.

Débit [ % ]

Zone non économique

Zone

économique

Courbe caractéristique de

la régulation progressive

Courbe

idéale

Puissance

absorbée au

ralenti

57


Les compresseurs à vis BOGE et les compresseurs à pistonssuper insonorisés sont équipés de la commande moderne ARS

(Autotronic, Ratiotronic, Supertronic).La commande ARS propose divers équipements et différentesfonctions.

ARS est un concept de commande et de contrôle intégré pour-suivant deux objectifs :– économies d’énergie et par conséquent réduction des coûts

de fonctionnement

– prolongation de la durée de vie du compresseur en limitantl’usure à un minimum

Sur les compresseurs à vis, la commande ARS est équipéed’un microcontrôleur autorisant le mode intermittent,économique, en tenant compte des cycles moteur maximaadmissibles. Les compresseurs à pistons fonctionnentuniquement en mode intermittent, plus économique.

Toutes les données programmées sont mémorisées dans unmodule de mémoire ( EEPROM ) qui peut être écrit et effacéde manière électronique. Les informations mémorisées sontainsi toujours disponibles, même à la suite d’une coupure decourant.

Conception modulaire

La commande ARS se compose d’éléments standard qu’il estpossible d’acquérir séparément. Les différents modules peuventêtre installés sans difficulté à posteriori. Les commandes sontainsi adaptées de manière optimale aux souhaits et aux besoinsdes clients. Les commandes sont remplacées rapidement encas de panne pour accroître la disponibilité du compresseur.Les recherches de pannes longues et onéreuses réalisées pardes spécialistes font désormais partie du passé.

4.4. La commande ARS

58


4.4.1 Automatic

4.4.2 Autotronic

Figure 4.8 :La commande Autotronic de BOGE pourcompresseurs à vis

Figure 4.6 :La commande Automatic de BOGE pourcompresseurs à pistons

Figure 4.7 :La commande Autotronic de BOGE pourcompresseurs à pistons

La commande Automatic est destinée aux compresseurs àpistons super insonorisés. Elle offre les options suivantes :

– régulation intermittente économique via un pressostatmanométrique

– affichage du mode de fonctionnement pleine charge

– affichage des heures de fonctionnement

– affichage de la pression réseau

– redémarrage automatique sans charge automatique à lasuite d’une coupure de courant

– possibilité de raccorder plusieurs compresseurs via MCS

Autotronic est une unité de commande et de contrôle intelli-gente destinée aux compresseurs à vis et à pistons. Pour lescompresseurs à pistons, elle offre les possibilités suivantesen plus de celles offertes par l’Automatic :

– panneau de commande clair doté d’un afficheur à 7segments, diodes électroluminescentes et schémafonctionnel

– affichage des modes de fonctionnement

– commande programmable

– protection des paramètres de programme importants parcode

– mode Test intégré pour toutes les entrées et sorties

– affichage de tous les messages de dérangements etd’alerte importants (en option)

– mode de fonctionnement Marche à vide (en option)

– affichage des heures de marche à vide (en option)

Pour les compresseurs à vis, la commande Autotronic proposeles fonctions supplémentaires suivantes :

– réglage dynamique Pleine charge-Marche à vide (cycleintermittent retardé)

– sélection automatique du meilleur mode defonctionnement

– optimisation automatique des démarrages moteur

– affichage automatique en série des messages dedérangements et d’alerte importants

– affichage et contrôle de la température de compressionfinale

59


4.4.3 Ratiotronic

4.4.4 Supertronic

Figure 4.9 :La commande Ratiotronic de BOGE pourcompresseurs à pistons

Figure 4.10 :La commande Ratiotronic de BOGE pourcompresseurs à vis

Figure 4.11 :La commande Supertronic de BOGE pourcompresseurs à vis

La commande Ratiotronic est une extension de la commandeAutotronic pour compresseurs à vis et à pistons. Elle offre lespossibilités supplémentaires suivantes :

– affichage des messages de dérangements et d’alerteimportants (en option)

– commande sur site et télécommandée

– affichage externe des données d’exploitation et desmessages

La commande Supertronic est une unité de commande et decontrôle complexe pour les compresseurs à vis. Elle disposede fonctions plus complètes que celles offertes par les autrescommandes :

– écran à cristaux liquides affichant 4 x 20 caractères etaffichage de texte en clair

– réglage de la pression réseau au clavier

– affichage détaillé et surveillance des donnéesd’exploitation importantes

– surveillance détaillée du compresseuraffichage des messages de dérangements et d’alerte surl’écran à cristaux liquides.

– horloge en temps réel électronique intégrée, pour arrêteret déclencher le compresseur, commandée depuis leclavier.

– possibilité de régler tous les paramètres d’exploitation auclavier

– possibilité d’accéder à toutes les fonctions au moyen dequelques touches supplémentaires

60


1.1

Un seul gros compresseur n’est pas idéal lorsque l’on est enprésence d’une consommation très élevée et très fluctuante.Un système combiné composé de plusieurs compresseursreprésente une alternative. Une grande sécurité defonctionnement et un rendement plus élevé sont des argumentsqui parlent en faveur de cette solution.

Les entreprises très dépendantes de l’air comprimé peuventassurer leur alimentation continue grâce à un système decompresseurs combiné. Si un compresseur tombe en panne,ou s’il faut effectuer des travaux de maintenance, les autrescompresseurs assurent l’alimentation en air comprimé.

Il est plus facile d’adapter la consommation d’air comprimé enutilisant plusieurs petits compresseurs à la place d’un seul,plus puissant. Les frais de marche à vide d’un gros compresseursont en outre plus élevés que ceux d’un groupe de petitscompresseurs dont certains peuvent s’arrêter. On obtient decette manière un rendement plus élevé.

Un groupe de compresseurs est supervisé grâce à unecommande qui permet d’assurer un fonctionnement économiqueet de limiter l’usure au maximum.

La commande MCS 1 permet de piloter 2 compresseurs depuissances identiques en charge de base et en charge depointe. Les compresseurs sont utilisés alternativement, déclen-chés et arrêtés par leur propre pressostat. La commande offreles fonctions suivantes :

– fonctionnement alternatif commandé par programmateur

– déclenchement et arrêt du compresseur décalé dans letemps sur l’ordre de la commande par étages de pression

– utilisation régulière des compresseurs

– pression constante dans toute la plage de pression

– différence de pression minimale Dp = 0,8 bar

La commande MCS 2 est en mesure de piloter 3 compresseursde puissances identiques en charge de base, en chargemoyenne et en charge de pointe. Les compresseurs sont utilisésalternativement, déclenchés et arrêtés par leur proprepressostat. Outre la différence de pression plus importante,l’extension à 3 compresseurs représente la seule différencepar rapport à la commande MCS 1. Elle offre sinon le mêmeéquipement.

– Différence de démarrages minimale Dp = 1,1 bar

4.5.1 MCS 1 et MCS 2

Figure 4.12 :La commande Master Control System 2 de BOGE

Figure 4.13 :Schéma de connexion de la MCS 2 de BOGE

4.5 Régulation de plusieurs

compresseurs

61


4.5.2 MCS 3 La commande MCS 3 permet de piloter 4, 8, ou 12compresseurs de puissances identiques ou différentes au seind’un système. Tous les compresseurs sont commandés parun capteur de pression commun situé sur le réservoir d’aircomprimé.La commande MCS 3 avec 0,5 bar offre un faible Dp. Unepression de déclenchement ou d’arrêt précise n’est pas assignéeaux différents compresseurs. Tous les compresseursfonctionnent dans la même plage de pression ( Dp = 0,5 bar ).Les compresseurs commutent de manière dynamique enfonction des besoins et selon des valeurs de pressionintermédiaires définies. La vitesse de chute ou de montée depression est mesurée. Les compresseurs sont déclenchés etarrêtés en conséquence de manière dynamique.

La commande propose les fonctions suivantes :

– réglage dynamique de la pression grâce à un microcontrôleurcouplé à un régulateur de pression pour garantir unedifférence de pression minimale de 0,5 bar (pas desurpression ® économie d’énergie).

– calage des compresseurs par priorité sur une échelle pourassurer les différents besoins en air comprimé

– calage individuel de chaque compresseur à l’intérieur degroupes avec répartition de charge identique

– cycle alternatif de charge de base réglable

– rotation indépendante des compresseurs dans les groupes

– déclenchement et arrêt des compresseurs alterné sur ordrede la commande


– possibilité de vérifier toutes les entrées et sorties via unmenu test

– passage automatique sur pressostat des différentscompresseurs en cas de coupure de courant

– sans la MCS 3, les différents compresseurs fonctionnentde manière autonome. Ils sont alors commandés par leurpropre pressostat



Pressiond’activation Compresseurs 1 à 12

Différence

de pression

62


La commande MCS 4 permet de piloter au maximum 8compresseurs de puissances identiques ou différentes. Tousles compresseurs sont commandés par un capteur de pressioncommun situé sur le réservoir d’air comprimé.

Le compresseur le plus puissant, ou la combinaison decompresseurs la plus puissante, assure la charge de base. Leplus petit compresseur délivre les charges de pointe. Lescompresseurs de taille identique fonctionnent alternativementen charge de base.

La commande MCS 4 analyse la consommation d’air compriméen continu à partir des puissances des compresseurs pré-programmées. Elle choisit le compresseur le mieux adapté auxbesoins.

La commande dispose des fonctions suivantes :

– utilisation des différents compresseurs et des combinaisonsde compresseurs en fonction des besoins

– utilisation des avantages des compresseurs à vis et à piston

– Dp de 0,5 bar (pas de surpression ® économie d’énergie).

– trois profils de pression différents par jour grâce auprogramme à minuterie permettant d’adapter la commandeaux différents besoins en air comprimé

– déclenchement et arrêt alterné des compresseurs sur ordrede la commande



– passage automatique sur pressostat des différentscompresseurs en cas de panne de courant

– sans la MCS 4, les différents compresseurs fonctionnentde manière autonome. Ils sont alors commandés par leurpropre pressostat

– deux contacts secs à minuterie sont prévus pour descomposants additionnels

4.5.3 MCS 4




Différence

de pression

63


4.5.4 MCS 5


La commande MCS 5 permet de piloter de 2 à 4, 8 ou 12compresseurs de puissances identiques ou différentes équipésde régulation progressive. Tous les compresseurs sontcommandés par un capteur de pression commun situé sur leréservoir d’air comprimé. Le compresseur de charge de pointeassure le débit en air comprimé par sa régulation progressive.

Lorsque les besoins en air comprimé diminuent, cecompresseur est arrêté et c’est au tour du compresseur le mieuxadapté d’assurer le débit.

Les systèmes MCS 3 et MCS 5 se ressemblent, excepté leréglage de la régulation progressive.


– adaptation du débit en fonction des besoins en aircomprimé grâce à un système de réglage de la puissanceen continu du compresseur de charge de pointe

– fluctuations de pression minimales dans le réseau d’aircomprimé

– réglage dynamique de la pression grâce à unmicrocontrôleur conjugué à un régulateur de pression pourgarantir une différence de démarrages minimale de 0,5bar (pas de surpression ® économie d’énergie).

– répartition variable des compresseurs en plusieursniveaux pour assurer les différents besoins en aircomprimé lors des quarts

– assignation individuelle des différents compresseurs dansles diverses plages de charge et utilisation uniforme descompresseurs


– rotation indépendante des compresseurs dans lesgroupes de plages de charges

– déclenchement et arrêt des compresseurs décalé dans letemps sur l’ordre de la commande

– écran à cristaux liquides affichant de 4 x 20 caractères etaffichage de texte en clair.

– possibilité de vérifier toutes les entrées et sorties via unmenu test.

– commutation automatique sur le pressostat des différentscompresseurs en cas de coupure de courant.

– sans la MCS 5, les différents compresseurs fonctionnentde manière autonome. Ils sont alors commandés par leurpropre pressostat.



Différence

de pression

64


4.5.5 MCS 6 La commande MCS 6 permet de piloter de 2 à 4, 8 ou 12compresseurs maximum de puissances identiques oudifférentes au sein d’un système de compresseurs, en réglantla vitesse de rotation. Tous les compresseurs sont commandéspar un capteur de pression commun situé sur le réservoir d’aircomprimé. Le compresseur de charge de pointe commande lademande en air comprimé grâce à son système de régulationde fréquence de la vitesse de rotation.

Lorsque la demande en air comprimé baisse, ce compresseurest arrêté et le compresseur de charge moyenne assure larégulation grâce à son système de réglage de fréquence de lavitesse de rotation.

Les commandes MCS 3 et MCS 6 se ressemblent, à l’exceptiondu système de réglage de fréquence de la vitesse de rotation.


– adaptation du débit aux besoins en air comprimé grâce ausystème de réglage de fréquence de la vitesse derotation du compresseur de charge de pointe

– fluctuations de pression minimales dans le réseau d’aircomprimé

– réglage dynamique de la pression grâce à unmicrocontrôleur conjugué à un régulateur de pression pourgarantir une différence de démarrages minimale de 0,5bar (pas de surpression ® économie d’énergie).

– répartition variable des compresseurs en plusieursniveaux pour assurer les différents besoins en aircomprimé lors des quarts

– assignation individuelle des différents compresseurs dansles différentes plages de charge et utilisation uniformedes compresseurs


– rotation indépendante des compresseurs dans lesgroupes de plages de charges

– déclenchement et arrêt des compresseurs décalé dans letemps sur l’ordre de la commande



– passage automatique sur le pressostat des différentscompresseurs en cas de coupure de courant

– sans la MCS 6, les différents compresseurs fonctionnentde manière autonome Ils sont alors commandés par leurpropre pressostat




Différence

de pression

65


4.5.6 MCS 7 La commande MCS 7 permet de piloter, de régler et de surveillerune station d’air comprimé complète en association avec lacommande Siemens S 5 ( S7 ) et le terminal d’opérateur OP 15.

Eléments de base :

– 8 compresseurs

– 2 sécheurs à air comprimé par réfrigération

– 2 sécheurs par adsorption

– 10 Bekomats

– 2 canaux de commutation sans potentiel pour commanderles appareils additionnels

La MCS 7 est disponible en trois versions :

Version 1

La version 1 propose un programme logiciel étendu de lacommande MCS 3. Elle permet de réaliser une régulationindépendante de la pression sur 8 à 12 compresseurs de tailleset de types identiques ou différents, selon des niveaux de prioritéet des programmes à minuterie.

Version 2

La version 2 propose un programme logiciel étendu de lacommande MCS 5. Elle permet de réaliser une régulationindépendante de la pression sur 8 à 12 compresseurs de tailleset de types identiques ou différents, avec un système de réglagede la puissance en continu.

Version 3

La version 3 propose un programme logiciel étendu de lacommande MCS 6. Elle permet de réaliser une régulationindépendante de la pression sur 8 à 12 compresseurs de tailleset de types identiques ou différents, avec un système de réglagede la fréquence de vitesse de rotation.

La commande propose également les fonctions suivantes, enplus de celles offertes par la version de base :

– saisie de l’état de fonctionnement des compresseurs etdes autres composants de la station de compresseurs

– stockage des messages de fonctionnement, de mainte-nance et de dérangements. La maintenance et la répara-tion des stations de compresseurs sont très simplifiées

– commande et surveillance des composants de retraite-ment de l’air comprimé et du réseau d’air comprimé

– accouplement BUS via Profibus (en option), et possibilitéde raccordement à un système de commande centralisé

– visualisation de l’installation sur l’équipement de contrôlesupérieur (en option). Il est ainsi possible d’appeler desinformations détaillées sur l’ensemble de l’alimentation enair comprimé.




Différence

de pression

66

Traitement de l’air comprimé

5. Traitement de l’air

comprimé

5.1 Pourquoi traiter l’air comprimé ? Les équipements de production modernes nécessitent de l’aircomprimé. La multitude des applications s’étend de l’air desoufflage non traité à l’air comprimé absolument sec, sans huileet stérile.

Les impuretés présentes dans l’atmosphère sont généralementinvisibles à l’oeil nu. Elles peuvent cependant avoir uneinfluence néfaste sur le fonctionnement du réseau d’aircomprimé et des outillages, ainsi que sur la qualité des produits.

1 m3 d’air atmosphérique renferme une multitude d’impuretés,comme par exemple :

– jusqu’à 180 millions de particules d’impuretés dont lataille varie de 0,01 à 100 µm

– 5 à 40 g/m³ d’eau sous forme d’humidité

– 0,01 à 0,03 mg/m3 d’huile sous forme d’aérosols minérauxet d’huile sous forme d’hydrocarbures imbrûlés

– traces de métaux lourds tels que le plomb, le cadmium, lemercure, le fer

Les compresseurs aspirent l’air atmosphérique et le concentrentun grand nombre de fois. Lorsque la compression atteint 10 bar(une surpression de 10 bar = 11 bar de pression absolue) laconcentration des particules d’impuretés est multipliée par 11.1 m3 d’air comprimé peut contenir 2 milliards de particulesd’impuretés. De l’huile de lubrification et des particules d’usureprovenant du compresseur pénètrent en outre dans l’aircomprimé.

Le traitement de l’air comprimé bien effectué présente des

avantages :

– prolongement de la durée de vie des outillages raccordés

– qualité améliorée et constante des produits

– conduites d’air comprimé exemptes de condensat et derouille

– dérangements moins fréquents

– conduites exemptes de collecteurs de condensat

– frais de maintenance moindres

– baisse des pertes de pression dues aux fuites et auxpertes de charge

– baisse de la consommation d’énergie grâce aux pertes depression moins importantes

Figure 5.1 :Concentration des impuretés contenues dansl’air lors de la compression

67


5.1.2 Planification BOGE conseille d’effectuer le traitement en fonction de la listesuivante pour les différentes applications de l’air comprimé.

Co

mp

resseu

rs à

vis

et

à p

isto

ns B

OG

E

Domaine d’application Cl. de qualité

de l’air comprimé DIN ISO 8573-1

Air industriel en général — — —

Air de soufflage — — —

Sablage — 3 —

Travaux de peinture — 3 —

Air primaire 5 3 4

Air de convoyage 5 3 4

Pulvérisation de peinture 5 3 4simple

Sablage avec exigencesélevées 5 3 4

Outils à air comprimé 1 1 4

Air de réglage 1 1 4

Technique de mesure et 1 1 4de réglage

Pulvérisation de peinture 1 1 4

Conditionnement 1 1 4

Composants pneumatiques 1 1 4

Laboratoires dentaires 1 1 4

Laboratoires photo 1 1 4

Air respirable 1 1 1-3

Air instruments 1 1 1-3

Systèmes pneumatiques 1 1 1-3

Pulvérisation de peintureavec hautes exigences de 1 1 1-3qualité

Technique des surfaces 1 1 1-3

Techniques médicales 1 1 3-4

Air primaire, exigencesde qualité élevées 1 1 3-4

Industrie des produitsalimentaires et denrées de 1 1 3-4luxe

Brasseries 1 1 1-3

Laiteries 1 1 1-3

Industrie pharmaceutique 1 1 1-3

Hu

ile

Part

icu

les

Eau

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Fil

tre

sté

rile

*) Il est possible de se passer du séparateur centrifuge sous certaines conditions.Les classes de qualité sont expliquées à la page 77

68


Les impuretés et l’eau contenues dans l’air atmosphérique quirestent dans l’air comprimé peuvent avoir des conséquencesnéfastes. Ceci concerne aussi bien le réseau de conduites queles outillages. Les produits peuvent également souffrir de lamauvaise qualité de l’air. Dans de nombreux domainesd’applications, l’emploi d’air comprimé mal traité peut s’avérerdangereux, voire nocif pour l’organisme.

Particules solides contenues dans l’air comprimé

– Usure des systèmes pneumatiquesLa poussière et autres particules provoquent de l’usure.Cette action est renforcée lorsque les particules formentune pâte abrasive en combinaison avec l’huile ou la graisse.

– Particules nocives pour l’organisme

– Particules agressives sur le plan chimique

Huile contenue dans l’air comprimé

– Huiles usagées dans les systèmes pneumatiquesLes huiles goudronneuses peuvent provoquer une réductiondes diamètres et obstruer les conduites. Il en résulte uneperte de charge plus élevée.

– Air comprimé sans huileDans les systèmes de convoyage pneumatiques, l’huile peutcoller au produit à convoyer et provoquer des bouchons.Dans l’industrie des produits alimentaires et des denréesde luxe, ainsi que dans l’industrie pharmaceutique, l’aircomprimé doit rester sec pour des raisons hygiéniques.

Eau contenue dans l’air comprimé

– Corrosion dans les systèmes pneumatiquesDe la rouille se forme dans les conduites et les élémentsfonctionnels et provoque des fuites.

– Interruption du film de lubrifiantUne interruption du film lubrifiant provoque des dommagessur le plan mécanique.

– Formation de réactions électriquesDes réactions électriques peuvent se produire lorsquedifférents métaux entrent en contact avec l’eau.

– Formation de glace dans le réseau d’air compriméA basse température, il peut arriver que l’eau gèle dans leréseau d’air comprimé, provoquant des dégâts, desréductions de diamètres et des blocages.

5.1.3 Conséquences d’un mauvais

traitement de l’air comprimé

69


5.1.3 Impuretés contenues dans l’air L’air atmosphérique qui nous entoure contient des particulesd’impureté invisibles à l’oeil nu. Ce chapitre fournit un aperçugénéral sur leur type, leur taille et leur concentration.

Concentration des particules Valeur limite Valeur moyenne

dans l’air atmosphérique [mg/m³] [mg/m³]

A la campagne 5 - 50 15

En ville 10 - 100 30

Zone industrielle 20 - 500 100

Grands sites industriels 50 - 900 200

Diamètre des particules [µm]

70


5.2.1 Humidité de l’air

Hu

mid

ité

ma

x.

hm

ax

[g/m

³]

Point de rosée [°C]

5.2 Eau contenue dans l’air

comprimé

Figure 5.2 :Humidité maximale en fonctiondu point de rosée

L’air atmosphérique renferme une certaine quantité de vapeur.Sa teneur, c’est-à-dire l’humidité de l’air, varie en fonction dutemps et du site. A une certaine température, un certain volumed’air ne peut contenir qu’une quantité maximale de vapeur d’eau.Toutefois, l’air atmosphérique ne renferme généralement pas laquantité maximale de vapeur d’eau.

Humidité maximale hmax

[g/m³]

L’humidité maximale hmax

(volume de saturation) représente laquantité maximale de vapeur d’eau contenue dans 1 m³ d’air àune certaine température. L’humidité maximale dépend de latempérature.

Humidité absolue h [g/m³]

L’humidité absolue h représente la quantité de vapeur d’eauréellement contenue dans 1m³ d’air.

Humidité relative ϕϕϕϕϕ [%]

L’humidité relative de l’air ϕϕϕϕϕ représente le rapport entre l’humiditéabsolue et l’humidité maximale.

hϕϕϕϕϕ = ——— x 100 %

hmax

ϕ = humidité relative [%]h = humidité absolue [g /m³]h

max= humidité maximale [g /m³]

Du fait que l’humidité maximale hmax

dépend de la température,l’humidité change en fonction de la température, même lorsquel’humidité absolue reste constante. L’humidité relative passe à100% dans le cas d’un refroidissement jusqu’au point de rosée.

71


Point de rosée atmosphérique [°C]

Le point de rosée atmosphérique est la température à laquellel’air atmosphérique (1 bar

abs) peut être refroidi sans qu’il y ait

formation d’eau.

Le point de rosée atmosphérique représente une importancemineure dans le système d’air comprimé.

Point de rosée sous pression [°C]

Le point de rosée sous pression est la température à laquellel’air comprimé peut être refroidi sans qu’il y ait formation decondensat. Le point de rosée sous pression dépend de lapression de compression finale et baisse quand la pressiondiminue.

5.2.2 Points de rosée

5.2.3 Teneur en eau de l’air Le tableau suivant indique l’humidité maximale de l’air pour unpoint de rosée déterminé :

+100° 588,208

+99° 569,071

+98° 550,375

+97° 532,125

+96° 514,401

+95° 497,209

+94° 480,394

+93° 464,119

+92° 448,308

+91° 432,885

+90° 417,935

+89° 403,380

+88° 389,225

+87° 375,471

+86° 362,124

+85° 340,186

+84° 336,660

+83° 324,469

+82° 311,616

+81° 301,186

+80° 290,017

+79° 279,278

+78° 268,806

+77° 258,827

+76° 248,840

+75° 239,351

+74° 230,142

+73° 221,212

+72° 212,648

+71° 204,286

+70° 196,213

+69° 188,429

+68° 180,855

+67° 173,575

+66° 166,507

+65° 159,654

+64° 153,103

+63° 146,771

+62° 140,659

+61° 134,684

+60° 129,020

+59° 123,495

+58° 118,199

+57° 113,130

+56° 108,200

+55° 103,453

+54° 98,883

+53° 94,483

+52° 90,247

+51° 86,173

+50° 82,257

+49° 78,491

+48° 74,871

+47° 71,395

+46° 68,056

+45° 64,848

+44° 61,772

+43° 58,820

+42° 55,989

+41° 53,274

+40° 50,672

+39° 48,181

+38° 45,593

+37° 43,508

+36° 41,322

+35° 39,286

+34° 37,229

+33° 35,317

+32° 33,490

+31° 31,744

+30° 30,078

+29° 28,488

+28° 26,970

+27° 25,524

+26° 24,143

+25° 22,830

+24° 21,578

+23° 20,386

+22° 19,252

+21° 18,191

+20° 17,148

+19° 16,172

+18° 15,246

+17° 14,367

+16° 13,531

+15° 12,739

+14° 11,987

+13° 11,276

+12° 10,600

+11° 9,961

+10° 9,356

+9° 8,784

+8° 8,234

+7° 7,732

+6° 7,246

+5° 6,790

+4° 6,359

+3° 5,953

+2° 5,570

+1° 5,209

0° 4,868

-1° 4,487

-2° 4,135

-3° 3,889

-4° 3,513

-5° 3,238

-6° 2,984

-7° 2,751

-8° 2,537

-9° 2,339

-10° 2,156

-11° 1,960

-12° 1,800

-13° 1,650

-14° 1,510

-15° 1,380

-16° 1,270

-17° 1,150

-18° 1,050

-19° 0,960

-20° 0,880

-21° 0,800

-22° 0,730

-23° 0,660

-24° 0,600

-25° 0,550

-26° 0,510

-27° 0,460

-28° 0,410

-29° 0,370

-30° 0,330

-31° 0,301

-32° 0,271

-33° 0,244

-34° 0,220

-35° 0,198

-36° 0,178

-37° 0,160

-38° 0,144

-39° 0,130

-40° 0,117

-41° 0,104

-42° 0,093

-43° 0,083

-44° 0,075

-45° 0,067

-46° 0,060

-47° 0,054

-48° 0,048

-49° 0,043

-50° 0,038

-51° 0,034

-52° 0,030

-53° 0,027

-54° 0,024

-55° 0,021

-56° 0,019

-57° 0,017

-58° 0,015

-59° 0,013

-60° 0,110

-65° 0,00640

-70° 0,00330

-75° 0,00130

-80° 0,00060

-85° 0,00025

-90° 0,00010

Pt. de Humid.

rosée maxima

[°C] [g/m³]

Pt. de Humid.

rosée maxima

[°C] [g/m³]

Pt. de Humid.

rosée maxima

[°C] [g/m³]

Pt. de Humid.

rosée maxima

[°C] [g/m³]

Pt. de Humid.

rosée maxima

[°C] [g/m³]

Pt. de Humid.

rosée maxima

[°C] [g/m³]

Pt. de Humid.

rosée maxima

[°C] [g/m³]

72


L’air contient toujours de l’eau sous forme de vapeur. L’air pouvantêtre comprimé, contrairement à l’eau, le liquide qui se formelors de la compression est le condensat. L’humidité maximalede l’air dépend de la température et du volume et non pas de laquantité.

On peut se représenter l’air atmosphérique sous la forme d’uneéponge. Elle peut absorber une certaine quantité d’eau au repos.Si on la presse, une partie de l’eau s’écoule, mais ll reste del’eau dans l’éponge, même si l’on exerce une pression trèsforte. L’air comprimé se comporte de manière analogue.

L’exemple suivant illustre la quantité de condensat mc attendue

lorsque l’air est comprimé. L’exemple considère une lourdejournée d’été, pour une température de 35°C et une humiditéde l’air de 80 % .

V1 x h

max 1 x j

1V

2 x h

max 1 x j

2m

c= —————— - ————————

100 100

6,5 x 39,286 x 80 0,59 x 39,286 x 100m

c= ————–———– - ————–————–

100 100

m³ x g /m³ x % m³ x g /m³ x %m

c= ———————– - ————————–

% %

mc

= 181,108 g

mc

= formation de condensat [g]

V1

= volume pour 0 bars

[m³]

V2

= volume pour 10 bars

[m³]

hmax 1

= humidité maximale à 35°C [g/m³]

j1

= humidité relative de V1

[%]

j2

= humidité relative de V2

[%]

Du fait que l’on obtient uniquement de l’eau à partir de l’aircomprimé, et que cette eau ne peut pas être stockée, l’humiditérelative de l’air j de l’air comprimé s’élève à 100%.

Pour une compression de 6,5 m³ d’air à 10 bar de

surpression, on obtient 181,108 g d’eau sous forme de

condensat à température constante.

5.2.4 Quantité de condensat

lors de la compression

V1

= 6,5 m³ V2

= 0,59 m³

p1

= 0 bars = 1 bar

absp

2= 10 bar

s= 11 bar

abs

T = 35° C T = 35° C

ϕ1 = 80 % ϕ2 = 100 %

hmax

= 39,286 g/ m³

mc

Figure 5.4 :Formation de condensat lors de la compression

Figure 5.3 :Une éponge humide est pressée

73


5.2.5 Exemple de calcul de la quantité

de condensat

Un exemple montre la quantité de condensat mc qui se produit

réellement lors de la compression de l’air. Le condensat apparaîtà des moments différents et à plusieurs endroits de la stationde compresseurs.

Nous allons calculer la quantité de condensat qui se formedans un compresseur à vis délivrant un débit D = 2720 m³/h àune pression de compression finale de p

s= 10,5 bar. Un réservoir

d’air comprimé et un sécheur d’air comprimé par réfrigérationéquipent le compresseur.

Dans ces conditions, l’air atmosphérique renferme une certainequantité d’eau :

me

= D1 x h

max 1 x ϕϕϕϕϕ

1/100

g/h = m³/h x g/m³ x %/%

me

= 2720 x 35,317 x 80/100

me

= 76849,79 g/h =̂ 76,85 l/h

Lors de la compression elle-même, la température excèdecelle du point de rosée sous pression de l’air comprimé. Il n’y adonc pas formation d’humidité. Dans le radiateur auxiliaire ducompresseur, l’air comprimé est refroidi à T

2= 40°C. On assiste

à la formation de condensat, qui est entraîné dans le réservoird’air comprimé. Le débit s’y calme et les gouttelettes d’eau sedéposent. Un grand volume de condensat s’y amasse :

mc1

= me – ( D

2x h

max 2 x ϕϕϕϕϕ

2/100 )

mc1

= 76849,79 – ( 236,5 x 50,672 x 100/100 )

mc1

= 64865,86 g/h =̂ 64,87 l/h

Finalement, l’air comprimé contenu dans le sécheur d’air

comprimé par réfrigération est refroidi à une températurecorrespondant à un point de rosée sous pression de 3°C. Lecondensat se forme dans le sécheur et est évacué.

mc2

= ( D2 x h

max 2 ) – ( D

2 x h

max 3 )

mc2

= ( 236,5 x 50,672 ) – ( 236,5 x 5,953 )

mc2

= 10576,04 g/h =̂ 10,58 l/h

Air atmosphérique

p1

= 1 barabs

T1

= 3 3 ° C

ϕ1

= 80 %

hmax 1

= 35,317 g / m ³

mc2

mc1

D1

= 2720 m³/h

Figure 5.5 :Formation de condensat lors de la compressionavec sécheur

Compresseur

p2

= 11,5 barabs

T2

= 40° C

ϕ2

= 100 %

hmax 2

= 50,672 g/m³

Sécheur d’air comprimé

réfrigération

p3

= 11,5 barabs

T3

= 3° C

ϕ3

= 100 %

hmax 3

= 5,953 g/m³

D1D

2= –––––– = 236,5 Bm³/h

P2

D = 236,5 m³/h

D2 = 236,5 Bm³/h

74


L’addition des différents courants de condensat nous donne laquantité de condensat dont le dispositif de traitement devravenir à bout.

Quantité de condensat mc

= mc1

+ mc2


= 75441,9 g/h

= 75,4 l/h

Dans le cas d’un travail en 3 x 8 et d’une utilisation à 100 %, lecompresseur fonctionne 24 heures par jour. Si les conditionsde base restent inchangées, on obtient le résultat suivant :

Quantité de condensat mcJ

= 1810605,6 g/J

= 1810,6 l/J

D’où la quantité de condensat suivante par an :

Quantité de condensat mcA

= 659060438 g/A

= 659060 l/A

La qualité de l’air comprimé doit rester identique, même si lesconditions de l’environnement changent. C’est-à-dire quele point de rosée sous pression de l’air comprimé lors d’unelourde journée d’été à une température de 40°C et une humiditéde l’air de 90 % doit être de 3°C.

Débit D1

= 2720 m³/h

Pression d’aspiration p1

= 1 barabs

Temp. d’aspiration T1

= 40°C

Humidité relative ϕ1

= 90 %

Point de rosée souspression T

3= 2°C

Dans ces conditions, on obtient une quantité de condensatbeaucoup plus importante pour une qualité d’air comprimé égale.


= 122,6 l/h

Dans le cas d’un travail en 3 x 8 et d’une utilisation à 100 %, lecompresseur fonctionne 24 heures par jour. Si les conditionsde base restent inchangées, on obtient le résultat suivant :

Quantité de condensat mcJ

= 2943,3 l/J

D’où la quantité de condensat suivante par an :

Quantité de condensat mcA

= 1071358 l/A

5.2.6 Quantité de condensat qui se for-

me lors d’une lourde journée d’été

Figure 5.6 :Une quantité de condensat égale à 8 seauxde 10 l se forme en une heure.

75


Le point de rosée sous pression est la température à laquellel’air comprimé peut être refroidi sans qu’il y ait formation decondensat. Le point de rosée sous pression dépend de lapression de compression finale. Il baisse en même temps quela pression.

Le diagramme suivant est utilisé pour définir le point de roséesous pression de l’air comprimé à l’issue de la compression :

5.2.7 Définition du point de rosée sous

pression

Exemple 1

Air aspiré

– humidité relative ϕ = 70 %

– température d’aspiration T = 35°C

Air comprimé

– pression finale de compression ps= 8 bar

⇒⇒⇒⇒⇒ Le point de rosée sous pression s’élève à

73°C environ

Exemple 2

Air aspiré

– humidité relative ϕ = 80 %

– température d’aspiration T = 35°C

Air comprimé

– pression finale de compression ps= 10 bar

⇒⇒⇒⇒⇒ Le point de rosée sous pression s’élève à

82°C environ

Humidité relative ϕ [%] Point de rosée souspression [°C]

Pre

ssio

n fin

ale

de

com

pres

sion

Exemple 2

Exemple 1

Te

mp

ér a

t ur e

d’as

pira

tion

76


5.2.8 Point de rosée sous pression après

détente

Le point de rosée sous pression baisse lorsque l’air compriméest détendu. Le diagramme suivant est utilisé pour définir lenouveau point de rosée sous pression et le point de roséeatmosphérique après la détente :

Exemple 1

Air comprimé

– ps= 35 bar de pression d’air

– point de rosée sous pression de 10°C

Air comprimé détendu


⇒⇒⇒⇒⇒ Le nouveau point de rosée sous pression est

de -23°C environ

Exemple 2

Air comprimé


– Point de rosée sous pression de 20°C

Air comprimé détendu

– air comprimé atmosphérique ps= 0 bar

⇒⇒⇒⇒⇒ Le point de rosée atmosphérique est de -

8°C environ

Po

int d

e r

os

ée

so

us

pre

ss

ion

[°C

]

Point de rosée atmosphérique [°C]

humidité max. [g/m³]

surp

ress

ion p

s [b

ar]

Exemple 1

Exemple 2

77


Les classes de qualité de l’air comprimé selon DIN ISO 8573-1aident l’utilisateur à définir ses exigences et à choisir lescomposants nécessaires au traitement de l’air. La norme sebase sur les spécifications des constructeurs fournissant desvaleurs définies relatives à la pureté de l’air pour leurs dispositifset machines.

La norme DIN ISO 8573-1 définit les classes de qualité de l’aircomprimé quant à :

la teneur en huile

Définition de la quantité résiduelle en aérosols et hydrocarburescontenus dans l’air comprimé.

la taille et la densité des particules

Définition de la taille et de la concentration des particules soli-des qui restent dans l’air comprimé.

le point de rosée sous pression

Définition de la température à laquelle l’air comprimé est refroidisans que la vapeur d’eau qu’il contient ne condense. Le pointde rosée sous pression change en fonction de la pression d’air.

5.3.1 Classes de qualité selon la

norme DIN ISO 8573-1

Classe Teneur en huile

max.

Eau résiduelle max

Eau résiduelle Pt. rosée s. pr.

[mg/m³] [µm] [mg/m³] [g/m³] [°C]

1 0,01 0,1 0,1 0,003 -70

2 0,1 1 1 0,117 -40

3 1 5 5 0,88 -20

4 5 15 8 5,953 +3

5 25 40 10 7,732 +7

6 — — — 9,356 +10

Poussière résiduelle max.

Taille particules Densité particules

5.3 Qualité de l’air comprimé

78


5.4 Méthodes de séchage Le tableau ci-dessous présente les méthodes de séchage del’air comprimé en fonction de leur principe de fonctionnement.Une différence est toujours faite entre la condensation, la sorptionet la diffusion.

La condensation est la séparation de l’eau lors du passageen dessous du point de rosée.

La sorption est le séchage par extraction de l’humidité.

La diffusion est le séchage par transfert de molécules.

Méthodes de séchage de l’air comprimé

Condensation

Séchage par réfrigération

Surcompression

Absorption

Déshydratants solides

Déshydratants solubles

Déshydratants liquides

Régénération sans chaleur

Régénération à chaud int.

Régénération à chaud ext

Régénération par le vide

Sorption

Adsorption

Diffusion Séchage à diaphragme

79


5.4.1 Conditions d’exploitation Le débit d’un sécheur se rapporte au taux d’aspiration de l’airdurant la compression, réalisée par un compresseur, conformeaux spécifications PN2 CPTC2, ISO 1217 (DIN 1945, partie 1).

– Pression d’aspiration p = 0 bars

=̂ 1 barabs

– Température d’aspiration T0

= 293 K =̂ 20° C

Les sécheurs sont conçus pour évoluer dans des conditions defonctionnement précises, indiquées dans la normeDIN ISO 7183. Les caractéristiques de puissance indiquéespour les sécheurs ne peuvent être appliquées que lorsque lesconditions suivantes sont remplies :

– pression de fonctionnement p = 7 bars

=̂ 8 barabs

– température ambiante tA

= 298 K =̂ 25° C

– température d’entrée tEn

= 308 K =̂ 35° C

Il faut tenir compte des facteurs de conversion correspondantssi un sécheur doit être utilisé dans des conditions différentes.Ces facteurs diffèrent selon les méthodes de séchage.

Exemple de conception d’un sécheur d’air comprimé par

réfrigération

Facteur de conversion de la pression de service et de latempérature ambiante :

Un sécheur d’air comprimé par réfrigération BOGE, modèle D8,présente un débit D de 45 m³/h. Il doit fonctionner à unetempérature ambiante moyenne de t

A = 40° C et une pression

de service de p = 10 bar.

Pression de service p [bar] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 16

Facteur f 0,62 0,72 0,81 0,89 0,94 1 1,04 1,06 1,09 1,1 1,12 1,15 1,17

Température ambiante tA

[°C] 25 30 35 40 43

Facteur t 1,00 0,92 0,85 0,79 0,75

D = 45 m³/h

p = 10 bar ⇒ f = 1,09

tA

= 40° C ⇒ t = 0,79

DA

= Débit adapté [m³/h]

D = Débit [m³/h]

f = Facteur de conversion pour p =10 bars

t = Facteur de conversion pour tA

= 40°C

Le sécheur d’air comprimé par réfrigération présente un débitde 38,75 m³/h lorsque les conditions de service sont modifiées.

DA

= D ××××× f ××××× t

DA

= 45 m³/h ××××× 1,09 ××××× 0,79

DA

= 38,75 m³/h

80


5.4.2 Condensation par

surpression

Lors de la surpression, l’air est comprimé bien au-delà de lapression nécessaire, puis il est refroidi et détendu à la pressionde service.

Principe de fonctionnement

La quantité d’eau stockée par l’air diminue en raison del’augmentation de la pression et de la réduction du volume quien résulte. Une grande quantité de condensat se forme lorsquela précompression est effectuée à une pression plus élevée.Ce condensat est évacué. L’humidité absolue de l’air diminue.Lorsque l’air comprimé est détendu, l’humidité relative et le pointde rosée sous pression baissent.

Exemple :

L’air est précomprimé à 36 bar. Le point de rosée sous pressionest de 10°C. On assiste à une formation de condensat. Lorsquel’air comprimé est détendu à 4 bar, le nouveau point de roséesous pression s’élève à -23°C env. (voir le chapitre 5.2.8,

exemple 1 ).

Caractéristiques

– Processus simple autorisant un débit continu

– Systèmes de refroidissement et de séchage inutiles

– Economique uniquement pour les petits débits

– Consommation d’énergie très élevée

mc

p = 1 bar p = 36 bar p = 4 bar

Figure 5.7 :Surpression et détente subséquente

Pt. de roséesous pres.

[°C]

-70°C env.

Volumedébité[m³/h]

selon lecompresseur

Températured’entrée

[°C]

–

Pression deservice[bar

s]

Selon lecompresseur

81


5.4.3 Condensation par

séchage par réfrigération

P. de roséesous pres.

[ ° C ]

jusque +2°C

Débit

[ m³/h ]

11 à 35000


[ ° C ]

jusque+60°C

Pres. deservice[ bar ]

jusqu’à 210

Lorsque la température baisse, l’air perd sa faculté detransporter l’eau. L’air comprimé peut être refroidi dans unsécheur d’air par réfrigération afin de réduire la teneur enhumidité.

Lors du séchage par réfrigération, l’air comprimé est refroididans un échangeur de chaleur au moyen d’un refrigérant. Lavapeur d’eau contenue dans l’air comprimé est évacuée sousforme de condensat. La quantité de condensat augmente plusla différence entre la température d’entrée et de sortie de l’aircomprimé est élevée.


Le séchage par réfrigération se déroule en deux étapes pouraméliorer l’efficacité du réfrigérant et l’utiliser de manière opti-male.

1ère étape

L’air comprimé déjà refroidi par le sécheur par réfrigérationrefroidit le nouveau courant d’air dans un échangeur de chaleurair/air. 70% de la vapeur d’eau contenue dans l’air comprimé setransforme en condensat.

2è étape

L’air comprimé passe dans un échangeur de chaleur réfrigérant/air, où il est refroidit à une température approchant le point decongélation. Le condensat qui se forme est évacué avant leréchauffement lors de la première étape de réfrigération .

Caractéristiques

– Rendement élevéLe séchage par réfrigération est le procédé le pluséconomique dans près de 90% de tous les casd’applications.

– Séparation des impuretésPrès de 100% de toutes les particules solides et desgouttelettes d’eau dont la taille est supérieure à 3 µm sontséparées.

– Perte de pression moindre dans le sécheurLa chute de pression ∆∆∆∆∆p due au sécheur est de 0,2 barenviron.

Air comprimé sec

Air compr. humide 3

2

1

4

46

5

Figure 5.8 :Schéma fonctionnel d’un sécheur d’air comprimépar réfrigération

1 = Echangeur de chaleur air/air2 = Echangeur de chaleur air/réfrigérant3 = Echangeur de chaleur régrigérant/air4 = Evacuateur de condensat5 = Compresseur frigorifique6 = Vaporisateur

82


Le principe du sécheur à diaphragme repose sur le fait quel’eau pénètre dans une fibre creuse dotée d’un revêtementspécial 20 000 fois plus rapidement que l’air.

Le sécheur à diaphragme se compose de plusieurs milliers defibres creuses, constituées d’un matériau en plastique soliderésistant à la température et à la pression. Leur surface interneest recouverte d’une deuxième couche plastique ultra fine(inférieure à une longueur d’onde lumineuse). Les fibres creuses(membranes) sont disposées dans un tube, l’extrémité du canalintérieur des fibres est ouverte.


L’air comprimé humide passe à l’intérieur des fibres creuses(courant interne). Lors de cette opération, la vapeur d’eaucontenue dans l’air comprimé est évacuée à l’extérieur au tra-vers du manteau des fibres creuses. Un gradient deconcentration de la vapeur d’eau entre l’intérieur et l’extérieurdes fibres creuses est nécessaire.

Une certaine quantité d’air de rinçage est soutirée du volumeprincipal sec du compresseur, puis détendue. L’humidité maxi-male de l’air dépendant du volume, l’humidité relative de l’airdiminue. L’air de rinçage devient très sec. Le courant d’air derinçage sec enrobe les fibres creuses et assure le gradient deconcentration d’humidité suffisant. Le courant d’air de rinçagepeut être évacué à l’air libre sans être filtré.

Caractéristiques

– Réduction de la pollution de l’air due aux impuretésUn filtre capable de séparer les particules atteignant 0,01 µmdoit toujours être monté en amont du sécheur à diaphragme.S’il est installé directement en aval du compresseur, unséparateur centrifuge doit le précéder.

– Perte de pression moindre dans le sécheurLa chute de pression Dp due au sécheur est de 0,2 barmax.

– Construction compacteLe sécheur peut être intégré dans un réseau deconduites.

– Absence de maintenanceLe sécheur ne contient pas de pièces mobiles.

– Pas de formation de condensat lors du séchage

– Aucuns frais supplémentaires en matière d’énergie

– Fonctionnement silencieux

– Sans CFC

– Absence de pièces mobiles

– Sans moteur

5.4.4 Diffusion par séchage à

diaphragme

Pt. roséesous pr.[ ° C ]

0 à -20 °C

Débit[ m³/h ]

11 à 130


[ ° C ]

2° à 60° C

Pression deservice[ bar ]

5 à 12,5

Air humide

Air sec

Air derinçagehumide

Courantinterne

Air derinçage sec

Figure 5.9 :Schéma de principe d’un sécheur à diaphragme

Eau

83


5.4.5 Sorption par absorption Lors du séchage par absorption, la vapeur d’eau est évacuéepar le biais d’une réaction chimique provoquée par un agent deséchage hygroscopique. Les propriétés d’absorption de l’agentde séchage diminuent avec le temps, il est donc nécessaire dele renouveler régulièrement.

On distingue trois types d’agents de séchage. Les agents deséchage solubles se liquéfient au fur et à mesure de l’absorption.Les agents solides et liquides réagissent sans modifier leurétat physique en présence de vapeur d’eau.


Lors de l’absorption, l’air comprimé traverse une couche dedéshydratant de bas en haut. Il transmet une partie de sa vapeurd’eau au déshydratant. Un système de drainage évacue lecondensat dans un réservoir. Le point de rosée sous pressionest abaissé de 8 à 12 %.

Exemple

De l’air comprimé pénètre à une température de +30°C dans unsécheur fonctionnant avec du chlorure de calcium. On obtientdans ce cas un point de rosée sous pression oscillant entre 18et 22 °C.

Caractéristiques

– Faible température d’entréeDes températures élevées amollissent le déshydratant et lecollent.

– Action très corrosive du déshydratantL’air comprimé séché peut emporter du déshydratant dansle réseau d’air comprimé et y provoquer d’importants dégâts.

– Pas d’apport d’énergie auxiliaire

De par ses propriétés, le séchage par absorption occupeseulement une position marginale dans les techniques de l’aircomprimé, comme par exemple dans le traitement de l’airdestiné aux laboratoires.

P. de roséesous pr.

[ ° C ]

selon latempérature

d’entrée

Débit[ m³/h ]

–


[ ° C ]

jusque 30 °C


–

Déshydratant

Solide Soluble Liquide

Craie déshydratée Chlorure de lithium Acide sulfurique

Sel de magnésium Chlorure de calcium Acide phosphoriquehyperacidifié

Glycérine

Triéthylène glycole

Figure 5.10 :Sécheur par absorption à déshydratant solide

1 = Filtre2 = Déshydratant solide3 = Couvercle4 = Purge du condensat

1

1

2

34

84


5.4.6 Sorption par adsorption Le séchage par adsorption de l’air comprimé est une opérationpurement physique. L’humidité est liée au déshydratant par lesforces d’adhésion (attraction moléculaire non équilibrée). Lavapeur d’eau se dépose sur la surface intérieure et extérieuredu produit d’adsorption, il se produit pas de liaison chimique.

L’agent d’adsorption présente une structure poreuse ouverte etune grande surface intérieure. Les agents d’adsorption les pluscourants sont l’oxyde d’aluminium, le gel de silicate, le charbonactif et les filtres moléculaires. Divers agents d’adsorption sontutilisés pour les différents processus de régénération.


L’air comprimé humide passe dans le réservoir contenant l’agentd’adsorption durant le processus de séchage. La vapeur d’eauest liée et l’air comprimé est ainsi séché. Ce processus génèrede la chaleur. Le produit d’adsorption doit être régénéré lorsqueles forces d’adhésion sont compensées par les dépôts d’eau.C’est-à-dire que l’eau doit être extraite de l’agent d’adsorption.Pour cette raison, il faut que deux réservoirs de séchage montésen parallèle fonctionnent en continu. Le réservoir actif A sèchel’air comprimé alors que le réservoir inactif B réalise larégénération sans pression.

Les processus suivants sont principalement utilisés pourrégénérer le produit d’adsorption :

– régénération sans chaleur

– régénération à chaud interne

– régénération à chaud externe

– régénération par le vide

Agent d’adsorption Caractéristiques de l’agent d’adsorption *)

Pt. de rosée sous Température Température Surface

pres. réalisable d’entrée de régénération

[ ° C ] [ ° C ] [ ° C ] [ m²/g ]

Gel de silicate (SiO2), brut - 50 + 50 120 à 180 500 à 800

Gel de silicate (SiO2), sphérique -50 + 50 120 à 180 200 à 300

Oxyde d’aluminium - 60 + 40 175 à 315 230 à 380activé (Al

2O

3)

Filtres moléculaires - 90 + 140 200 à 350 750 à 800(Na, AlO

2, SiO

2)

*) Les propriétés de l’agent d’adsorption changent en fonction de la pression et de la température du gaz à sécher

A B

85


Dans le cas de la régénération sans chaleur, les périodes deséchage et de régénération sont de 5 min. environ. C’est laraison pour laquelle l’humidité se dépose uniquement sur lasurface extérieure du déshydratant.

Les sécheurs à régénération sans chaleur fonctionnent selonle principe d’alternance de pression. La désorption (régénération)intervient sans apport de chaleur supplémentaire. Une partiedu volume débité séché est dérivée. Ce courant partiel estdétendu à une pression à peine supérieure à 1 bar et restedonc particulièrement sec. Cet air sec passe dans le réservoirde séchage à régénérer B. L’humidité contenue dans ledéshydratant est récupérée au cours de cette opération, puisévacuée à l’extérieur via une soupape d’échappement.

Caractéristiques

– Exploitation économique sur les petits systèmes

générant de faibles débits.

– Conception simple du sécheur

– Possibilité d’utilisation à hautes températures ambiantes

– Faible volume de déshydratantTemps de séchage et de régénération de 5 min. environ

– Frais d’exploitation élevésL’air de régénération est extrait du système d’air compriméet ne peut pas être réutilisé.

– Régénération sans apport d’énergie auxiliaire

– Le pourcentage d’air de régénération par rapport au débit ducompresseur baisse lorsque la pression de compressionfinale est plus élevée.

Ces valeurs sont fixées sur le plan physique et il n’est paspossible de passer en dessous. Elles résultent de lacorrélation entre l’humidité de l’air et la détente de l’aircomprimé.

– Préfiltrage de l’air d’entréeUn préfiltre libère dans une large mesure l’air comprimé desparticules d’huile, des gouttes d’eau et des d’impuretés.

– Filtrage auxiliaire de l’air comprimé secLe déshydratant emporté hors du réservoir de séchage doitêtre filtré de l’air comprimé.

Figure 5.11 :Adsorbant au bout de 5 min. de séchage


[ ° C ]

jusque-70°C

Débit

[ m³/h ]

4 - 5600

Températured’entrée[ ° C ]

jusque+ 60°C

Pression deservice[ bar

s]

4 - 16

5.4.6.1 Régénération sans chaleur

Figure 5.12 :Schéma fonctionnel d’un sécheur à adsorption àrégénération sans chaleur

1 = Soupapes de régulation et dedistribution

2 = Soupape anti-retour3 = Cache perforé4 = Soupape d’échappement5 = Préfiltre6 = Filtre auxiliaire

Air sec

Air humide

Air derégénération

A

4 1

2 3 2

B

5

6

Pression finale Pourcentage d’air de régération [%]

de compres. P. de rosée s. p. P. de rosée s. p.

[ barabs

] -25° à -40°C -40° à -100°C

5 25,83 27,14

7 17,22 18,1

10 11,49 12,07

15 7,39 7,77

20 5,46 5,47

86


Lors de la régénération à chaud, les périodes de séchage et derégénération durent environ 6 à 8 heures. Pendant la longuepériode de séchage, l’humidité se dépose sur les parois inter-nes et externes de l’adsorbant. Pour inverser ce processus, ilsuffit d’importer de la chaleur de l’extérieur. Dès que latempérature de régénération de l’adsorbant est dépassée, grâceà l’apport de chaleur, l’énergie qui se crée en surface permetde surmonter les forces d’adhésion et l’eau s’évapore. L’humiditéest évacuée grâce à un faible courant d’air de régénération.

La température de régénération dépend du point de rosée souspression de l’air de régénération. Plus elle est basse, plus latempérature de régénération du sécheur le sera également.

Dans le cas de la régénération interne, la chaleur est transfé-rée directement sur l’adsorbant grâce à un système de chauf-fage installé dans le réservoir de chauffage. Elle se déroule endeux temps :

1er temps

Le réservoir de séchage B est lentement chauffé, grâce ausystème de chauffage interne, à la température de régénérationnécessaire. L’humidité se détache de l’adsorbant dès que latempérature de régénération est dépassée. Sous l’effet d’unelégère surpression, 2 à 3% environ du courant d’air comprimésec sortent du compresseur pour passer dans le réservoir deséchage B via une conduite de dérivation. Ce courant d’air derégénération absorbe la vapeur d’eau et la transporte à l’airlibre via une soupape d’échappement.

2è temps

Dans le temps de refroidissement, la température de servicebaisse pour atteindre celle du lit de séchage. Une deuxièmeconduite de dérivation s’ouvre à cet effet. 5% environ du débitdu compresseur traversent alors le réservoir de séchage B. Acet instant, le chauffage interne n’est plus opérationnel.

Caractéristiques

– Economique dans le cas de débits importants

– Conception simple du sécheur

– Une quantité réduite d’air comprimé sec est nécessairepour régénérer le sécheur.

– Préfiltrage de l’air d’entréeUn préfiltre libère dans une large mesure l’air comprimé desparticules d’huile, des gouttes d’eau et des impuretés.



[ ° C ]

jusque-40°C

Débit

[ m³/h ]

200 à 5600

Températured’entrée[ ° C ]

jusque+ 50°C


2 à 16

Figure 5.13 :Adsorbant consécutif à un séchage de6 à 8 heures

1 = Soupape de régulation et de distribution2 = Soupape anti-retour3 = Dérivation avec cache perforé 1er temps

4 = Dérivation avec cache perforé 2è temps

5 = Chauffage6 = Soupape d’arrêt7 = Soupape d’échappement8 = Préfiltre9 = Filtre auxiliaire

Figure 5.14 :Schéma fonctionnel du sécheur par adsorption àrégénération à chaud interne

Air comprimé sec

BA


Air humide

1

6

7

5

2

3

4

5.4.6.2 Régénération à chaud interne

8

9

87


Lors de la régénération à chaud, les périodes de séchage et derégénération oscillent entre 6 et 8 heures. Pendant la longuepériode de séchage, l’humidité se dépose sur les parois inter-nes et externes de l’adsorbant. Pour inverser ce processus, ilfaut amener de la chaleur de l’extérieur. Dès que la températurede régénération de l’adsorbant est dépassée, grâce à l’apportde chaleur, l’énergie qui se crée en surface permet de surmonterles forces d’adhésion et l’eau s’évapore. L’humidité est évacuéegrâce à un faible courant d’air de régénération.


La régénération externe, au cours de laquelle l’air ambiant estaspiré par un ventilateur et chauffé dans un registre de tirage,se déroule en trois temps :

1er temps

Le réservoir de séchage B est chauffé lentement par un courantd’air chaud à la température de régénération nécessaire. Lorsquecette température est atteinte, l’eau se détache de l’adsorbant.Le ventilateur continue de pomper de l’air de régénération chauddans le réservoir de séchage B. Ce courant d’air de régénérationabsorbe la vapeur d’eau et la transporte à l’air libre via unesoupape d’échappement.

2è temps

Dans le temps de refroidissement, la température de servicebaisse pour atteindre celle du réservoir de séchage B. Pour cefaire, le registre de tirage du ventilateur est désactivé et de l’airambiant froid est amené dans le réservoir de séchage.

3è temps

A l’issue du refroidissement, l’air comprimé sec et détenduquitte le compresseur par le réservoir de séchage afin que l’airambiant ne provoque pas d’humidité dans le sécheur.

Caractéristiques


– Des températures de régénération élevées permettentd’obtenir un point de rosée sous pression bas.

– Faible consommation d’air comprimé supplémentaireSeule une faible partie de l’air de régénération estprélevée dans le système d’air comprimé.

– Préfiltrage de l’air d’entréeUn préfiltre libère l’air comprimé dans une large mesure desparticules d’huile, des gouttes d’eau et des impuretés.


Figure 5.15 :Adsorbant au bout de 6 à 8 heures de séchage


[ ° C ]

jusque-40°C

Débit

[ m³/h ]

500à 15000


[ ° C ]

jusque+50°C


2 à 16

5.4.6.3 Régénération à chaleur externe

Air comprimé sec

BA


1 6

7

1 = Soupape de régulation et distribution inf.2 = Soupape de régulation et distribution sup.3 = Dérivation avec cache perforé, 3è temps

4 = Registre de tirage5 = Ventilateur6 = Soupape d’arrêt7 = Soupape antiretour8 = Préfiltre9 = Filtre auxiliaire

Air compr. humide

5

2 3

4

Figure 5.16 :Schéma fonctionnel d’un sécheur par adsorption àrégénération à chaleur externe

8

9

88


La régénération par le vide est une variante de la régénérationà chaud externe. Tout comme pour la régénération à chaud, lespériodes de régénération oscillent entre 6 et 8 heures. Pendantla longue période de séchage, l’humidité se dépose sur lesparois internes et externes de l’adsorbant. Pour inverser ceprocessus, il faut amener de la chaleur de l’extérieur. Dès quela température de régénération de l’adsorbant est dépassée,grâce à l’apport de chaleur, l’énergie qui se crée en surfacepermet de surmonter les forces d’adhésion et l’eau s’évapore.L’humidité est évacuée grâce à un faible courant d’air derégénération.


Lors de la régénération par le vide, l’air ambiant est aspirépar surpression dans le réservoir de séchage. Ce courant d’airest chauffé extérieurement. La régénération par le vide se dé-roule en deux temps.

1er temps

Une pompe à vide aspire l’air ambiant. Ce courant d’air estchauffé dans un registre de tirage et aspiré dans le réservoir deséchage. Lorsque la température de régénération est atteinte,l’eau se détache de l’adsorbant. Le courant d’air de régénérationabsorbe la vapeur d’eau et l’évacue à l’air libre via une soupaped’échappement.

2è temps

Dans la phase de refroidissement, la température de servicebaisse pour atteindre la température du réservoir de séchage.Pour ce faire, le registre de tirage est désactivé et l’air ambiantfroid est aspiré dans le réservoir de séchage.

Caractéristiques


– Pas de consommation d’air comprimé supplémentaireLa régénération n’exige aucun prélèvement d’aircomprimé dans le système.

– Longue durée de vie du déshydratantLe déshydratant est soumis à une faible contraintethermique.

– Economies d’énergie grâce à une faible température derégénération

– Préfiltrage de l’air d’entréeUn préfiltre libère dans une large mesure l’air comprimé desparticules d’huile, des gouttes d’eau et des impuretés.


Figure 5.17 :Adsorbant au bout de 6 à 8 heures de séchage


[ ° C ]

jusque-80°C

Débit

[ m³/h ]

400à 7400


[ ° C ]

jusque+ 40° C


4 à 16 bar

Air comprimé sec

BA


1

6

1 = Soupape de régulation et distribution inf.2 = Soupape de régulation et distribution sup.3 = Soupape d’arrêt4 = Registre de tirage5 = Ventilateur6 = Silencieux7 = Préfiltre8 = Filtre auxiliaire

Air compr. humide

5

23

4

Figure 5.18 :Schéma fonctionnel d’un sécheur par adsorption àrégénération par le vide

5.4.6.4 Régénération par le vide

7

8

89


5.4.7 Emplacement du sécheur d’air

comprimé par réfrigération

Il existe deux possibilités pour intégrer le sécheur d’aircomprimé par réfrigération dans une station d’air comprimé : ilest placé avant ou après le réservoir d’air comprimé. Il n’estpas possible de le spécifier de manière catégorique, car lesdeux variantes présentent des avantages et des désavantagesdans des cas d’applications précis.

Avantages :

– Air sec dans le réservoir d’air compriméIl ne se forme pas de condensat dans le réservoir d’aircomprimé.

– Qualité de l’air comprimé constanteLe point de rosée sous pression de l’air comprimé resteconstant, même lorsque de l’air comprimé est nécessitésubitement et en grande quantité.

Désavantages :

– Grandes dimensions du sécheurLe sécheur doit être conçu en fonction du débit réel délivrépar le compresseur installé. Le sécheur est souventsurdimensionné lorsque la consommation est faible.

– Séchage d’air comprimé pulséDe par leur conception, les compresseurs à pistons enparticulier fournissent de l’air pulsé. Le sécheur est exposéà une contrainte élevée.

– Haute température d’entrée de l’air compriméL’air comprimé vient directement du radiateur auxiliaire ducompresseur.

– Il n’est pas possible de sécher un courant d’air partiel.

– Quantité de condensat élevéeTout le condensat pénètre dans le sécheur.

– Sur les systèmes composés de plusieurs compresseurs,chacun des compresseurs doit être accompagné d’unsécheur.

Conclusion

Il est rarement conseillé d’installer le sécheur en amont duréservoir d’air comprimé. Ce cas de figure est cependantconseillé si le compresseur doit souvent faire face à des picsde consommation soudains, sans que la qualité de l’air n’ensouffre.

Figure 5.19 :Sécheur installé avant le réservoir d’air comprimé

5.4.7.1 Sécheur placé avant le réservoir

d’air comprimé

90


Avantages :

– Dimensionnement sur mesure du sécheurLe sécheur peut être dimensionné en fonction de laconsommation d’air comprimé réelle, ou en fonction du débitd’air comprimé à sécher.

– Séchage d’un débit détendu

– Faible température d’entrée de l’air compriméL’air comprimé peut continuer à refroidir dans le réservoird’air comprimé.

– Faibles quantités de condensatLes gouttes de condensat qui se forment sont collectéesdans le réservoir d’air comprimé et ne perturbent pas le restedu système.

Désavantages :

– Condensat dans le réservoir d’air compriméL’humidité qui règne dans le réservoir d’air compriméreprésente une source de corrosion.

– Surcharge du sécheurLes contraintes exercées sur le sécheur sont élevées lorsquede l’air comprimé est nécessité subitement et en grandequantité. Le point de rosée sous pression de l’air compriméaugmente.

Conclusion

Dans la majorité des cas, BOGE conseille d’installer le sécheuren aval du réservoir d’air comprimé. Sur le plan économique,les arguments parlent en faveur de cette configuration. Unsécheur de moindres dimensions peut être généralement utilisé.Les capacités sont mieux utilisées.

Figure 5.20 :Sécheur monté après le réservoir d’air comprimé

5.4.7.2 Sécheur placé après le réservoir

d’air comprimé

91


5.5 Filtres à air comprimé

5.5.1 Terminologie de base des filtres Il est nécessaire de définir certaines grandeurs et certainsfacteurs avant de considérer les filtres de manière plus détaillée.

Le pouvoir séparateur ηηηηη indique la différence de concentrationde particules d’impuretés en amont et en aval du filtre. Onparle également de „l’efficacité“ du filtre. Le pouvoir séparateurdu filtre ηηηηη est par conséquent une grandeur qui reflète l’efficacitédu filtre. La taille de grain minimale [µm] qui peut être séparéepar le filtre doit toujours être indiquée.

C1

= Concentration de particules d’impuretésavant le filtre.

C2

= Concentration de particules d’impuretésaprès le filtre.

η = Pouvoir séparateur du filtre [%]

La concentration est généralement mesurée proportionnellementà l’unité de volume [g/m³] de l’air comprimé. Lorsque laconcentration est faible, on la définit généralement en comptantles particules par unité de volume [Z/cm³]. Le comptage desparticules par unité de volume est la méthode la plusfréquemment utilisée pour définir le pouvoir séparateur des filtreshautes performances. Mesurer le poids proportionnellement àl’unité de volume avec une précision suffisante exigerait la miseen oeuvre de moyens disproportionnés par rapport aux résultatsobtenus.

Exemple

Une concentration de particules de C1

= 30 mg/m³ est mesuréedans l’air comprimé avant le filtrage. Après le filtrage, l’air purrenferme encore une concentration de particules deC

2= 0,003 mg/m³ pour une taille des particules supérieure à

3 µm.

Le pouvoir séparateur du filtre est de 99,99 % par rapport à3 µm.

C1

ηηηηη = 100 – ——– ××××× 100

C2

Aircompriménon filtré( C

1)

Air pur(C

2)

Figure 5.21 :Préfiltre BOGE, série Vη = 99,99 % par rapport à 3 µm

30 ηηηηη = 100 – ——–– ××××× 100

0,003

ηηηηη = 99,99 %

5.5.1.1 Pouvoir séparateur du filtre ηηηηη [ % ]

92


La chute de pression ∆∆∆∆∆p est la différence de pression due aucourant en amont et en aval du filtre. La chute de pression∆∆∆∆∆p dans le filtre augmente avec le temps en raison del’amoncellement des particules de poussière et d’impuretés.

– ∆∆∆∆∆p0 est la chute de pression relevée sur les nouveaux

éléments de filtre. Selon le type de filtre, elle oscille entre0,02 et 0,2 bar.

– La limite acceptable économiquement pour la chute depression ∆∆∆∆∆p se situe approximativement à 0,6 bar.

Un appareil de mesure de la différence de pression équipe lamajorité des filtres afin de capter la chute de pression.

Si la chute de pression ∆∆∆∆∆p dépasse la valeur limite, il estnécessaire de nettoyer le filtre ou de remplacer l’élément filtrant.

Le débit maximum d’un filtre se réfère toujours à la pressionnormalisée p

s = 7 bar. Lorsque la pression change, le débit

maximum du filtre change également. La modification du débitpeut être déterminée aisément au moyen du facteur deconversion correspondant f.

Exemple

Un préfiltre BOGE V50, dont la capacité nominale est de300 m³/h à la pression normalisée p

s= 7 bar devrait fonctionner

à ps= 10 bar.

D10

= rendement réel pour ps= 10 bar [m³/h]

D7

= rendement réel pour ps= 7 bar [m³/h]

f = facteur de conversion pour ps= 10 bar

Pour une pression de ps= 10 bar, les performances réelles no-

minales du filtre sont de 414 m³/h.

Figure 5.22 :Filtre conventionnel et appareil de mesure ∆p

D7

= 300 m³/h

ps

= 10 bar ⇒ f = 1,38

D10

= D7

××××× f

D10

= 300 m³/h ××××× 1,38

D10

= 414 m³/h

5.5.1.2 Chute de pression ∆∆∆∆∆p

5.5.1.3 Pression de service

Pression [bars] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Facteur f 0,25 0,38 0,5 0,65 0,75 0,88 1 1,13 1,25 1,38 1,5 1,63 1,75 1,88 2

93


5.5.2 Séparateur centrifuge A sa sortie du compresseur, l’air comprimé contient de l’eausous forme de vapeur, ainsi que des gouttelettes de condensat.Ces gouttelettes, qui se produisent lors de la compression,sont dues à la diminution de la faculté de stockage de l’air lorsde la réduction du volume.

Cette eau se dépose normalement dans le réservoir destockage, car l’air comprimé se détend. Le condensat est évacuéà partir de là.


Le séparateur centrifuge fonctionne selon le principe de l’inertiede masse. Il se compose d’une cartouche tourbillonnaire etd’un réservoir de récupération. La cartouche est conçue demanière à ce que l’air comprimé soit soumis à un mouvementgiratoire. Les éléments solides et liquides contenus dans l’airsont projetés sur les parois intérieures du réservoir, sous l’effetde leur propre masse. Les particules d’impureté lourdes et lesgouttelettes d’eau sont ainsi éliminées. Les impuretés séparéess’écoulent le long d’une surface de rebondissement etparviennent dans le collecteur. La surface de rebondissementpermet également d’éviter que le courant d’air ne remporte leliquide séparé.

Le condensat est retiré du collecteur automatiquement oumanuellement afin d’être éliminé ou traité.

Caractéristiques

– Séparation pratiquement complète des gouttelettes d’eau

– Filtrage des particules de poussière et d’impureté lourdes

– La capacité de filtrage du séparateur centrifuge dépend dela vitesse de courant de l’air. Plus elle est rapide, plus lacapacité de séparation est élevée. La perte de pression dansle séparateur augmente cependant avec la vitesse ducourant.

Domaines d’applications

– Réservoir d’air comprimé inutile dans le réseau

– Grandes distances entre le compresseur et le réservoirLorsque le réservoir d’air comprimé est très éloigné ducompresseur, il est judicieux d’installer un séparateurcentrifuge aussitôt après le compresseur. Il permet d’éviterles „transports d’eau“ inutiles dans les conduites.

– Lignes montantes entre le réservoir d’air comprimé et lecompresseur. La conduite reliant le compresseur et leréservoir d’air comprimé est verticale. Lorsque lecompresseur s’arrête, l’eau de condensation retourne dansle compresseur. Dans ce cas, il est judicieux d’installer unséparateur centrifuge juste après le compresseur.

Différencede pression

∆p [ bar ]

> 0,05 bar

Taille desparticules

[ µm ]

> 50 µm

Teneur enhuile rés.[ mg/m³ ]

sansinfluence

Degré deséparation

[ % ]

95 %

1

2

3

4

Air pur

Entrée de l’aircomprimé

Figure 5.23 :Séparateur centrifuge

1 = Cartouche tourbillonnaire2 = Surface de rebondissement3 = Collecteur4 = Purgeur de condensat

94


5.5.3 Préfiltre Les préfiltres permettent de séparer les impuretés solidesprésentant une taille de 3 µm environ, mais filtrent mal l’huileet l’humidité. Les préfiltres assistent les filtres hautesperformances et les sécheurs lorsque l’air est très poussiéreux.Il est possible de renoncer à l’utilisation d’un filtre plus fin si laqualité de l’air comprimé exigée n’est pas très élevée.


Les préfiltres fonctionnent selon le principe de la filtration desurface. En fait, ce ne sont que des passoires. La taille despores correspond à celle des particules qui peuvent être filtrées.Les impuretés restent à l’extérieur des éléments du filtre. Lesmatériaux les plus couramment utilisés pour les élémentsfiltrants sont les suivants :

– bronze fritté

– polyéthylène à haute densité moléculaire

– céramique frittée

– bronze ou fil de cuivre (filtrage grossier)

– Inserts de papier en cellulose pliés

L’air passe dans les éléments filtrants de l’extérieur versl’intérieur. Un sens de courant inverse provoquerait uneagglomération des particules séparées à l’intérieur des élémentsfiltrants. L’amoncellement des matières solides annihileraitl’efficacité du filtre.

Caractéristiques

– Le filtre peut être régénéré.Il est possible de nettoyer les éléments filtrants, car laséparation des particules effectuée dans le préfiltre intervientuniquement à la surface de l’élément.

Figure 5.24 :Mécanisme de filtrage des filtres de surface


∆p [ bar ]

> 0,03 bar


[ µm ]

> 3 µm


sansinfluence


[ % ]

99,99 %

Figure 5.25 :Préfiltre BOGE, série V

95


5.5.4 Filtre microporeux


∆p [ bar ]

> 0,1 bar


[ µm ]

> 0,01 µm


> 0,01


[ % ]

99,9999 %

Figure 5.26 :Mécanisme de filtrage des filtres à lit profond

Les filtres microporeux sont utilisés lorsque l’on a besoin d’aircomprimé de très grande qualité. Ils permettent d’obtenir un aircomprimé exempt d’huile et de réduire la teneur en huilerésiduelle dans l’air comprimé à 0,01 mg/m³. Ils filtrent lesparticules d’impuretés avec un degré de séparation de99,9999 % par rapport à 0,01 µm.


Les filtres microporeux, également appelés filtres à coalescenceou hautes performances, sont des filtres à lit profond. Ils filtrentle condensat huileux contenu dans l’eau sous forme degouttelettes fines et ultra fines de l’air comprimé.

Le filtre à lit profond est un filtre constitué d’une multitude defibres extrêmement fines. Ces fibres forment un maillagealéatoire et, par conséquent, une structure poreuse. Les fibressont parcourues par un système de canaux présentant la for-me d’un labyrinthe. Les canaux sont en partie plus larges quela taille des particules à séparer. La séparation des particulesintervient tout le long du chemin parcouru par l’air comprimédans l’élément filtrant.

Les filtres microporeux sont équipés d’un élément filtrant plissé.La surface effective du filtre est ainsi accrue de près d’un tierspar rapport aux filtres enroulés. La chute de pression ∆∆∆∆∆p est depar ce fait largement réduite. Certains avantages en résultent :

– débit plus important

– pertes d’énergie moindres

– durée de vie plus longue

L’air passe dans le filtre à lit profond de l’intérieur versl’extérieur. La phase liquide d’huile et d’eau se dépose sur lefeutre du filtre lors du passage de l’air. Le courant d’air transportealors le condensat et les gouttes de plus en plus grosses versl’extérieur du filtre. Une partie du condensat sort ainsi du filtre.Le condensat s’amoncelle dans le collecteur du filtre sous l’effetde la force centrifuge.

La durée de vie des filtres augmente, car le condensat filtré nesurcharge plus l’élément dans ce sens de courant.

Figure 5.28 :Microfiltre BOGE, série F

Figure 5.27 :Matière filtrante pliée et enroulée

M a t i è r efiltrante

96


Agent filtrant

Air comprimé nonfiltré

Air comprimé techniquesans huile et propre

Figure 5.29Mécanismes du filtrage de lit profond

Mécanismes de filtrage

Trois mécanismes différents opèrent ensemble afin de séparerles fines particules de l’air.

– Contact directLes particules de grande taille et les gouttes d’eau entrenten contact direct avec les fibres du filtre.

– ImpactLes particules et les gouttes rencontrent les fibres du filtredisposées de manière aléatoire. Elles sont déviées de lavoie du courant sous l’effet du choc et absorbées par la fibresuivante.

– DiffusionLes particules fines et extrêmement fines se coalisent dansle champ de courant et forment des particules de plus enplus grosses (mouvement moléculaire de Brown). Cesparticules sont alors filtrées.

Le borosilicate sous forme de fibres de verre est le matériau leplus utilisé dans la fabrication des filtres hautes performances.Il est utilisé pour les filtres à lit profond. On trouve également

– des fibres métalliques.

– des fibres synthétiques.

Caractéristiques

– Séparation de l’huile dans la phase liquideDes hydrocarbures se trouvent dans l’air comprimé. Ilsprésentent deux états physiques :

- gazeux sous forme de vapeur d’huile

- liquides sous forme de gouttes

Les gouttes d’huile sont filtrées à pratiquement 100% parun filtre hautes performances. La vapeur d’huile ne peut pasêtre filtrée.

– Faibles températures de fonctionnementLe degré de séparation du filtre diminue lorsque latempérature de fonctionnement augmente. Une partie desgouttes d’huile s’évapore et traverse le filtre. Lorsque latempérature passe de +20° à +30°C, un volume d’huile 5fois supérieur traverse le filtre.

– Possibilité de recyclageLes matériaux utilisés ont été choisis en considérant lesaspects écologiques.

97


5.5.5 Filtre à charbon actif


∆p [ bar ]

> 0,02 bar


[ µm ]

0,01


> 0,005


[ % ]

99,9999

Figure 5.30 :Combinaison de filtres BOGE, séries AFFiltre à charbon actif combiné à un filtremicroporeux

A la sortie du filtre hautes performance et du sécheur, l’aircomprimé technique sans huile contient encore deshydrocarbures et diverses substances olfactives et gustatives.

Dans de nombreuses applications, ces restes contenus dansl’air comprimé peuvent entraver la production, provoquer unebaisse de la qualité et une gêne au niveau des odeurs.

Un filtre à charbon actif extrait les vapeurs d’hydrocarbures del’air comprimé. La teneur en huile résiduelle peut être réduite à0,005 mg/m³. La qualité de l’air comprimé est meilleure quecelle exigée par la norme DIN 3188 pour l’air respirable. Lesgouttelettes d’huile condensées sont séparées par le filtreraccordé (filtre microporeux BOGE, série F).


Le filtrage de l’air comprimé par adsorption est un processuspurement physique. Les hydrocarbures sont liés au charbonactif sous l’effet des forces d’adhésion (attraction moléculairenon équilibrée). Aucune liaison chimique n’intervient lors de ceprocessus.

L’air comprimé sec et préfiltré passe dans un filtre à charbonactif plissé. Cet élément filtrant ressemble à un filtremicroporeux. L’air comprimé le traverse également de l’intérieurvers l’extérieur.

Caractéristiques

– PréfiltrageUn filtre hautes performances et un sécheur doivent toujoursêtre montés en amont du filtre à charbon actif. L’air impurdétruit l’adsorbant et diminue l’effet de filtrage.

– Pas de régénérationLa charge de charbon actif ne peut pas se régénérer. Il fautla remplacer en fonction de son degré de saturation.

– Durée de vieL’élément filtrant d’un filtre à charbon actif doit être remplacéau bout de 300 à 400 heures de fonctionnement.


– Industrie alimentaire et des denrées de luxe

– Industrie pharmaceutique

– Industrie chimique

– Traitement des surfaces

– Techniques médicales

98


5.5.6 Adsorbeur à charbon actif


∆p [ bar ]

> 0,1 bar


[ µm ]

–


> 0,003


[ % ]

–

Préfiltre Filtre aux.

Figure 5.31 :Schéma fonctionnel d’un adsorbeur à charbonactif BOGE de type DC

A la sortie du filtre hautes performance et du sécheur, l’aircomprimé technique sans huile contient encore deshydrocarbures et diverses substances olfactives etgustatives.Dans de nombreuses applications ces restescontenus dans l’air comprimé peuvent entraver la production,provoquer une baisse de la qualité et une gêne au niveau desodeurs.

Un filtre à charbon actif extrait les vapeurs d’hydrocarbures del’air comprimé. La teneur en huile résiduelle peut être réduite à0,003 mg/m³. La qualité de l’air comprimé est meilleure quecelle exigée par la norme DIN 3188 pour l’air respirable. Lesgouttelettes d’huile condensées sont séparées par le filtreraccordé (filtre microporeux BOGE, série F).


Le filtrage de l’air comprimé par adsorption est un processuspurement physique. Les hydrocarbures sont liés au charbonactif sous l’effet des forces d’adhésion (attraction moléculairenon équilibrée). Aucune liaison chimique n’intervient lors de ceprocessus.

L’air comprimé sec et filtré est dirigé via un diffuseur vers un litde charbon actif pilé. Le diffuseur répartit l’air comprimérégulièrement au dessus du lit de charbon actif. On obtientainsi de longues périodes de contact et une utilisation optimalede l’adsorbant. Après être passé dans le lit d’adsorbant, l’aircomprimé parvient dans un collecteur de sortie et quittel’adsorbeur à charbon actif.

Caractéristiques

– PréfiltrageUn filtre hautes performances et un sécheur doivent toujoursêtre montés en amont du filtre à charbon actif. L’air impurdétruit l’adsorbant et diminue l’effet de filtration.

– Filtrage auxiliairePour des raisons de sécurité, il est conseillé de monter unfiltre hautes performances en aval de l’adsorbeur. L’aircomprimé détache les particules de poussière de charbonles plus fines (inférieures à 1 µm) du lit de charbon actif.

– Pas de régénérationLa charge de charbon actif ne peut pas se régénérer. Il fautla remplacer en fonction de son degré de saturation.

– Durée de vie élevéeLa charge du filtre à charbon actif doit être remplacée aubout de 8000 à 10 000 heures de fonctionnement.


– Les domaines d’applications sont identiques à ceux dufiltre à charbon actif.

99


5.5.7 Filtre stérile


∆p [ bar ]

> 0,09 bar


[ µm ]

0,01


–


[ % ]

99,9999

Les organismes vivants, tels que les bactéries, lesbactériophages et les virus sont à l’origine de graves problèmessanitaires dans de nombreux domaines. Les filtres stérilesgénèrent un air comprimé stérile à 100%, exempt de germes.


Le courant d’air préfiltré passe de l’extérieur vers l’intérieur àtravers un élément filtrant composé de deux étages de filtrage.Les micro-organismes atteignant une taille de 1 µm sont retenusdans le préfiltre. Le deuxième étage se compose d’un feutre enmicrofibres de borosilicate tridimensionnel, neutre sur le planchimique et biologique. Les organismes résiduels y sont filtrés.Les éléments filtrants sont fixés dans une cage en acier.

Les filtres peuvent être nettoyés et stérilisés 100 fois en lesexposant à un jet de vapeur portée à une température de+200° C. La vapeur peut être appliquée des deux côtés du filtre.Il est également possible de stériliser le filtre par différentesméthodes

– eau chaude

– air chaud

– gaz (oxyde d’éthylène, formaldéhyde)

– H2O

2

Caractéristiques

– Matériau en acier inoxydableTous les éléments métalliques du filtre sont réalisés en acierinoxydable de qualité supérieure. Cet acier, qui n’offre aucunesubstance nutritive aux micro-organismes, ne se corrode etne se décompose pas.

– RésistantL’agent filtrant est inactif, il résiste aux produits chimiqueset aux températures élevées. Les bactéries sont dansl’incapacité de se développer ou de le traverser.

– Distance de contact courte et stérileIl est conseillé d’installer le filtre stérile directement sur leconsommateur final.


– Industrie alimentaire et des denrées de luxe

– Industrie pharmaceutique

– Industrie chimique

– Industrie de l’emballage

– Techniques médicales

Figure 5.31 :Filtre stérile BOGE, série ST

100


6. Elimination du condensat

6.1 Condensat Le condensat se compose principalememt d’eau, véhiculée parl’air aspiré par le compresseur et qui se forme lors de lacompression. Le condensat contient également un grandnombre d’impuretés.

– Aérosols minéraux et hydrocarbures imbrûlés contenusdans l’air aspiré

– Poussière et particules d’impuretés présentes dans l’aircomprimé sous les formes les plus diverses

– Huile utilisée pour le refroidissement et la lubrification ducompresseur

– Rouille, produits d’usure, restes de produits isolants etperles de soudure émaillant le réseau de conduites

Le condensat est, de par sa haute teneur en produits nocifs,particulièrement dangereux pour l’environnement et doit doncêtre éliminé conformément aux règlements en vigueur. Les huilesminérales contenues dans le condensat sont difficilementbiodégradables, leur influence a une action néfaste surl’alimentation en oxygène et la putréfaction des boues dans lesstations de traitement des eaux. L’efficacité du processus detraitement est réduite et favorise la croissance des risques surle plan écologique et sanitaire.

Les différents systèmes d’air comprimé ne produisent pas tousun condensat identique. Le condensat présente descaractéristiques différentes selon les conditions del’environnement et le type de compresseur. Considérons parexemple

– les compresseurs lubrifiés par huile.Sur les compresseurs de ce type, l’huile lave une partie desproduits agressifs et solides contenus dans l’air comprimédans la chambre de compression. Par conséquent, lessystèmes lubrifiés par huile génèrent habituellement uncondensat présentant un pH neutre.

– les compresseurs lubrifiés sans huile.Sur ces systèmes, la majorité des substances nocives estévacuée avec le condensat. Pour cette raison, le condensatprésente un pH acide. Il n’est pas rare de constater des pHcompris entre 4 et 5.

La consistance du condensat change également en fonctiondes conditions marginales. Le condensat a généralement laconsistance de l’eau. Dans certains cas exceptionnels, il pourraégalement se présenter sous forme de pâte.

101


6.2 Evacuateur de condensat Le condensat qui se forme à l’intérieur du système d’aircomprimé doit être évacué pour ne pas être emporté par le fluxd’air et entrer de cette manière dans le réseau de conduites.

Les évacuateurs de condensat sont des appareils onéreux, carles réservoirs de récupération du condensat sont sous pression.Il faut donc que l’évacuation du condensat soit contrôlée si l’ontient à éviter toute perte de pression inutile.

Il faut en outre tenir compte du fait que la formation ducondensat est irrégulière. Le volume de condensat change enfonction de la température et de l’humidité de l’air aspiré par lecompresseur.

Les différents types d’évacuateurs sont présentés dans letableau ci-dessous en fonction de leur mode de fonctionnement.

Lorsque l’on choisit un évacuateur de condensat, quel qu’il soit,il faut toujours tenir compte du condensat en présence etd’autres conditions marginales. Certains domainesd’applications exigent que les évacuateurs de condensatprésentent des formes particulières :

– condensat très agressif

– condensat sous forme de pâte

– environnement présentant des risques d’explosions

– réseau basse pression et sous-pression

– réseau haute pression et très haute pression

Les évacuateurs de condensat exigent un système de chauffagelorsque les températures descendent en dessous de zéro degré,afin d’éviter que l’eau contenue dans le condensat ne gèle.

Types d’évacuateurs de condensat

AutomatiquesManuels

Soupape manuelle Evacuateur de

condensat à commande

à flotteur

Evacuateur de cond.

à électrovanne à

ouverture synchronisée

Evacuateur de

condensat à mesure du

niveau

Flotteur de niveauCapteur de mesure

électronique

102


6.2.2 Evacuateur de condensat

à commande à flotteur

6.2.1 Evacuateur de condensat

à soupape manuelle

Le condensat est collecté dans un réservoir prévu à cet effet.Le personnel chargé de la maintenance et de l’exploitation doitvérifier régulièrement le niveau de remplissage du réservoir. Lecondensat sera éventuellement vidangé par l’orifice situé aufond du réservoir.

Caractéristiques

– Construction simple et économique

– Connexion électrique inutile

– Pas de fonction d’alarme

– Vérification régulière nécessaireLe condensat doit être vidangé régulièrement.

Un flotteur se trouve dans le réservoir de condensat. Il commandeune soupape d’échappement située au fond du réservoir.Lorsque le niveau du réservoir dépasse un repère défini, lasoupape d’échappement s’ouvre. La surpression qui règne dansle système permet d’évacuer le condensat à l’extérieur. Dèsque le niveau repasse en dessous du repère de niveau minima,la soupape se referme automatiquement avant que de l’air nes’échappe.

Le condensat est maintenant séparé de l’air comprimé et peutêtre introduit dans le système de traitement.

Caractéristiques

– Construction simple et économique

– Pas de connexion électrique nécessaireIdéal dans les environnements à risques d’explosions

– Pas de purge de l’air comprimé

– Susceptible de tomber en panneLes pièces mobiles du système peuvent se résinifier, collerou corroder au contact direct du condensat.

– Maintenance régulière nécessaireLa fragilité du système exige une maintenance régulière.

– Pas de signal d’alarme extérieur

– Peu soupleLes soupapes du flotteur doivent être spécialement adaptéesaux besoins du condensat.

Figure 6.1 :Evacuateur de condensat à commande à flotteur

1

3

4

2

1 = Entrée2 = Sortie3 = Bouchon de vidange4 = Orifice de purge

103


6.2.3 Evacuateur de condensat à

électrovanne à ouverture

synchronisée

Le condensat est collecté dans un réservoir prévu à cet effet.Une électrovanne équipée d’une minuterie ouvre à des intervallesdéfinis et réguliers (1,5 à 30 min.) l’orifice de purge situé aufond du réservoir. Elle le referme au bout de 0,4 à 10 secondesd’ouverture. Le condensat est évacué sous l’effet de la pressiondu système.

La soupape de purge est raccordée au système d’évacuationdu condensat par une conduite.

Remarque

Pour éviter toute formation de condensat dans les conduites, ilfaut évacuer la totalité du condensat. Les périodes d’ouverturede l’électrovanne, réglables en fonction des cas, permettent degarantir une évacuation parfaite du condensat.En été, il se forme davantage de condensat qu’en hiver, enraison de l’humidité élevée. Si les périodes et les intervallesd’ouverture sont adaptés à des conditions estivales, les bassestempératures seront à l’origine de grandes pertes de pression,car l’electrovanne restera ouverte trop longtemps, une grandequantité d’air comprimé étant évacuée en même temps que lecondensat.Pour minimiser les pertes de pression, les cycles d’ouverturede l’électrovanne doivent être toujours adaptés aux conditionsclimatiques en présence.Le temps n’étant pas toujours constant, il n’est donc paspossible d’optimiser les intervalles et les périodes d’ouverturede manière à éviter totalement les pertes d’air comprimé : ilrestera du condensat dans le système d’air comprimé ou del’air comprimé sera évacué.

Caractéristiques

– Grande sécurité de fonctionnementLe système fonctionne en toute fiabilité, même lorsque lecondensat pose des problèmes.

– Connexion électrique nécessaire

– Pas de signal d’erreur externe

– Pas de fonction d’alarme

– L’électrovanne fonctionne lorsque la station de pression estactivée, même si de l’air comprimé n’est pas nécessité (leweek-end par exemple).

Figure 6.2 :Soupape de purge électromagnétique

104


6.2.4 Evacuateur de condensat à mesure

de niveau électronique

Fonctionnement

Le condensat est collecté dans un réservoir prévu à cet effet.Dès que le détecteur de niveau capacitif Ni2 annonce que leniveau de remplissage maximum est atteint, une électrovanneouvre une conduite pilote. La pression est relâchée sur lediaphragme de la soupape et la conduite d’évacuation estouverte. La surpression qui règne dans le boîtier comprime lecondensat dans la conduite d’évacuation pour l’expédier ausystème de traitement.

Dès que le niveau atteint le détecteur de niveau Ni1, le systèmeélectronique ferme l’électrovanne. Le diaphragme de la soupapeest fermé avant que l’air ne s’échappe.

Caractéristiques

– Grande sécurité de fonctionnementLe système fonctionne parfaitement, même en présence decondensats problématiques.

– Section importanteLes impuretés grossières et les grumeaux sont évacués sansdifficulté.

– Pas de pertes de pression


– Domaines d’applications flexiblesLe système s’adapte automatiquement aux conditionsd’exploitation en présence (par ex. viscosité différente ducondensat et variations de pression).

– Fonction d’alarmeSi un dérangement intervient lors de l’évacuation ducondensat, le mode Alarme se déclenche au bout de 60secondes. L’électrovanne ouvre alors le diaphragme de lasoupape à intervalles déterminés.

– Signal d’erreur externeUne diode lumineuse rouge clignote et un signal sanspotentiel est activé.

– Grande gamme de performances

1 = Conduite d’entrée2 = Collecteur3 = Conduite pilote4 = Electrovanne5 = Diaphragme de soupape6 = Détecteur de niveau7 = Siège de soupape8 = Conduite d’évacuation

1

3

4

5Ni1

Ni2

8

7

6

2 Ni1

Ni2

2

Figure 6.3 :Evacuateur de condensat à mesure de niveauélectronique

105


6.2.5 Evacuateur de condensat à

flotteur à niveau par mesure du

niveau de remplissage

Le condensat est récupéré dans le collecteur de l’évacuateurde condensat. Un flotteur repose sur le condensat et se déplacele long du guide qui équipe le collecteur. Sur ce guide, troiscontacts saisissent le niveau de remplissage dans le collecteurde manière électronique. Dès que le flotteur atteint le contact

2, la commande électrique ouvre une électrovanne. La pressionest relâchée sur le diaphragme de la soupape via une conduitepilote et la conduite d’évacuation est ouverte. La pression quirègne dans le système éjecte le condensat hors de l’évacuateurde condensat via une conduite verticale.

Le niveau de condensat dans le collecteur baisse et lacommande ferme la sortie avant que de l’air comprimé nes’échappe au bout d’une période préréglée t. Si le niveau decondensat n’atteint pas le contact 1 au bout de la période t,l’ouverture de purge est ouverte à intervalles réguliers, puisrefermée à l’issue de périodes d’ouverture définies. Il est ainsigaranti que le réservoir de condensat est entièrement vidé.

Lorsque le niveau de condensat atteint le contact 3, lacommande déclenche l’alarme. Les intervalles de commutationet les périodes d’ouverture restent inchangés.

Caractéristiques

– Cycles de nettoyage variables en fonction du tempsLe condensat ne sèche pas, même à l’issue de périodesd’arrêt prolongées.

– Pas de pertes de pression


1

3

2

2

3

4

5

6

7

1

1 = Collecteur2 = Flotteur de niveau3 = Guide4 = Conduite verticale5 = Diaphragme de soupape6 = Electrovanne7 = Conduite pilote

Figure 6.4 :Evacuateur de condensat à flotteur à niveau parmesure du niveau du remplissage

106


6.3 Traitement du condensat Le condensat produit par les compresseurs lubrifiés par huilecontient, selon les saisons, une quantité d’huile comprise entre200 et 1000 mg/l. C’est-à-dire que le condensat se composeenviron de 99% d’eau et de 1% d’huile seulement. La loiconsidère cependant ce condensat comme une eau uséecontenant de l’huile. En tant que telle, il est interdit de l’évacuerdans les égouts. Le § 7 de la loi sur le régime des eaux (enAllemagne) fixe les exigences appliquées en matière de propretédes eaux résiduelles. Elle prescrit que la teneur en substancesnuisibles contenues dans les eaux usées soit maintenue auseuil aussi bas que les „règles techniques généralementreconnues“ le permettent. Ces règles ont été définies par legouvernement allemand dans le cadre des règlements générauxadministratifs.

Selon l’ATV (association de technique des eaux à but nonlucratif), fiche de travail A 115, la teneur maximale en huilerésiduelle dans l’eau est actuellement de 20 mg/l. Les autoritéslocales ont cependant le dernier mot à ce sujet. Dans certainscas, les valeurs constatées restent largement en dessous de20 mg/l d’huile résiduelle.

Cela signifie que le condensat doit être éliminé ou traité demanière appropriée.

Elimination

L’élimination du condensat par une entreprise spécialisée estrelativement sûre, mais compliquée et très onéreuse. Les fraisd’élimination s’élèvent généralement à 500 DM par m³ decondensat. Les frais à engager pour les réservoirs homologuéset les conduites viennent s’y greffer.

Traitement sur site

En raison du pourcentage d’eau élevé présent dans le condensathuileux, il est toujours préférable de le traiter sur site. L’eauainsi traitée peut être évacuée dans les égouts. L’huile séparéeest éliminée en même temps que l’huile usagée.

Les séparateurs de liquides légers spécifiés dans la normeDIN 1999, et les séparateurs centrifuge simples ne permettentpas d’obtenir les valeurs limites prescrites par le législateur.Les séparateurs huile-eau sont des appareils parfaitementadaptés pour effectuer un traitement conforme à la législation.

107


Le séparateur huile-eau est parfaitement adapté pour traiter lecondensat qui se forme lors de la compression dans lescompresseurs à vis refroidis par injection d’huile, ainsi que dansles compresseurs à pistons à 1 et 2 étages.

Le séparateur huile-eau sépare sans difficulté le condensatproduit par les compresseurs à pistons et à vis, à condition quel’huile ne forme pas une émulsion.

Fonctionnement

Le condensat huileux est amené dans la chambre de déchargede pression du séparateur huile-eau. La surpression qui se for-me ne provoque pas de tourbillon dans le réservoir de séparation.Les impuretés transportées par le condensat s’amassent dansle collecteur d’impuretés enlevable.

En raison de sa faible densité spécifique, l’huile remonte à lasurface du réservoir de séparation. Elle est amenée dans leréservoir de récupération d’huile par le biais d’un trop-plein d’huileréglable en hauteur, et est ainsi disponible pour le traitement.

Le condensat pré-nettoyé passe dans un préfiltre qui retient lesdernière gouttelettes d’huile. Finalement, un filtre d’adsorptionlie les dernières particules d’huile.

Remarque

Tous les systèmes de séparation huile-eau sont des installationsde traitement des eaux qui doivent faire l’objet d’unehomologation officielle. Le séparateur huile-eau devrait porter lesymbole de modèle type afin d’éviter une procédured’homologation longue et coûteuse. Il suffit alors de l’enregistrerauprès de l’administraion compétente.

Caractéristiques

– Contrôle hebdomadaire du filtreUn échantillon de condensat est comparé à un liquide deréférence. Il est nécessaire de remplacer le filtre lorsque lalimite d’opacité admissible est atteinte.

– Pas de séparation des émulsions huile-eauCes émulsions stables doivent être soumises à un traitementspécial dans un système de séparation des émulsions.

6.3.1 Séparateur huile-eau

10

1 2 4 5 6 8 9

3 7

1 = Entrée du condensat2 = Chambre de décharge de pression3 = Réservoir de récupération d’impuretés4 = Tuyau de trop-plein5 = Détecteur de niveau6 = Préfiltre7 = Filtre par adsorption8 = Trop-plein d’eau9 = Trop-plein d’huile réglable en hauteur10 = Vanne de prélèvement d’échantillons

Figure 6.5:Schéma fonctionnel d’un séparateur huile-eau

Figure 6.6 :Séparateur huile-eau

huile

108


7. Besoins en air

comprimé

7.1 Consommation d’air

comprimé des appareils

pneumatiques

La première étape de la conception d’une station decompresseurs et du réseau de conduites correspondant consisteà déterminer la consommation d’air, et par conséquent le débitque devra déliver le compresseur.

La consommation totale est le premier facteur à déterminerpour dimensionner une station de compresseurs. Laconsommation d’air comprimé des différents consommateursest additionnée et adaptée aux conditions d’exploitation grâceà différents multiplicateurs. Le compresseur peut être alorschoisi en fonction du débit déterminé.

On procède de la même manière pour dimensionner lesconduites. Le type et le nombre de consommateurs raccordésà un faisceau de conduites est tout d’abord déterminé. Laconsommation d’air comprimé des différents appareils estadditionnée et corrigée grâce aux multiplicateurs correspondants.La section du réseau de distribution peut être dimensionnéesur la base de ces résultats.

Il faut également tenir compte des pertes de pression lorsquel’on définit la consommation d’air comprimé.

Il est souvent difficile de déterminer la consommation d’air to-tale en raison du manque d’informations disponibles sur certainsappareils. Dans ce chapitre, les valeurs relatives à laconsommation d’air des différents composants seront fourniesà titre indicatif.

Les informations données sur la consommation d’air comprimédes différents appareils sont des valeurs moyennes. Veuillezconsidérer les indications de consommation fournies par lesconstructeurs pour effectuer des calculs exacts.

Les buses présentent diverses formes adaptées à différentesutilisations. Leur consommation n’est donc pas uniforme etdépend de plusieurs facteurs :

– diamètre de la busePlus le diamètre de la buse est important, plus laconsommation d’air comprimé est élevée.

– pression de travail de la busePlus la pression de travail est élevée, plus la consommationd’air comprimé est importante.

– forme de la buseUne buse présentant un orifice de passage cylindrique sim-ple consomme beaucoup moins qu’une buse conique ou deLaval (buse d’expansion).

– qualité de surface de l’ouverture d’échappementIl est possible d’évacuer davantage d’air comprimé lorsquela qualité de surface est très élevée (surface très lisse,sans rayures ni aspérités).

– vaporisation ou soufflageLa consommation d’air comprimé augmente si l’air est utilisécomme moyen de transport (peinture, sable, etc.).

7.1.1 Consommation d’air comprimé des

buses

109


Les buses à ouverture cylindrique simples (pistolet à air parexemple) génèrent des tourbillons et des turbulencesimportantes lorsque l’air comprimé est éjecté. La vitessed’écoulement de l’air comprimé est ainsi réduite. Laconsommation d’air comprimé est comparativement faible.

Le tableau suivant fournit des valeurs de référence relatives àla consommation d’air comprimé des buses cylindriques enfonction de la pression de travail et du diamètre de buse :

7.1.1.1 Consommation d’air comprimé des

buses cylindriques

Figure 7.1 :Pistolet à air ∅∅∅∅∅ Pression de travail [bar]

buses

[mm] 2 3 4 5 6 7 8

0,5 8 10 12 15 18 22 28

1,0 25 35 45 55 65 75 85

1,5 60 75 95 110 130 150 170

2,0 105 145 180 220 250 290 330

2,5 175 225 280 325 380 430 480

3,0 230 370 400 465 540 710 790

Les consommations d’air indiquées dans le tableau sontexprimées en l/min.

110


∅∅∅∅∅ Pression de travail [ bar ]

buses Jet plat et large

[ mm ] 2 3 4 5 6 7 8

0,5 100 115 135 160 185 – –

0,8 110 130 155 180 225 – –

1,0 125 150 175 200 240 – –

1,2 140 165 185 210 250 – –

1,5 160 180 200 225 260 – –

1,8 175 200 220 250 280 – –

2,0 185 210 235 265 295 – –

2,5 210 230 260 300 340 – –

3,0 230 250 290 330 375 – –

Les consommations d’air indiquées dans le tableau sontexprimées en l/min..

Les consommations d’air indiquées dans le tableau sontexprimées en l/min..

∅∅∅∅∅ Pression de travail [ bar ]

buses Jet rond

[ mm ] 2 3 4 5 6 7 8

0,5 75 90 105 – – – –

0,8 85 100 120 – – – –

1,0 95 115 135 – – – –

1,2 110 125 150 – – – –

1,5 120 140 155 – – – –

7.1.1.2 Consommation d’air comprimé

des pistolets à peinture

La peinture appliquée au moyen d’un pistolet à peinture doitêtre régulière et ne pas produire de gouttes. C’est pourquoi lesbuses des pistolets à peinture sont conçues pour un débit àexpansion sans turbulences à vitesse de sortie élevée. Laconsommation d’air comprimé est par conséquent largementsupérieure à celle constatée sur les buses cylindriques.

La consistance et la quantité de peinture à appliquer déterminela pression de travail et le diamètre des buses du pistolet àpeinture. Ces deux valeurs influencent dans une large mesurela consommation d’air comprimé.

Les pistolets à peinture sont équipés de différentes buses. Ellespeuvent être plates, larges et rondes. Les diverses formes debuses influencent l’application de la peinture. Elles sedifférencient également au niveau de la consommation d’aircomprimé. La forme du jet peut être réglée sur la majorité despistolets à peinture.

Le tableau suivant fournit des valeurs de référence relatives àla consommation d’air comprimé des pistolets à peinture enfonction de la pression de travail, du diamètre de buse et de lapuissance du jet :

Figure7.2 :Pistolet à peinture avec réservoir

111


7.1.1.3 Consommation d’air comprimé

des buses de pulvérisation

∅∅∅∅∅ Pression de travail [bars]

buses

[mm] 2 3 4 5 6 7 8

3,0 300 380 470 570 700 – –

4,0 450 570 700 840 1000 – –

5,0 640 840 1050 1270 1500 – –

6,0 920 1250 1600 1950 2200 – –

8,0 1800 2250 2800 3350 4000 – –

10,0 2500 3200 4000 4800 6000 – –

Lors de la vaporisation, le produit à vaporiser doit arriver sur lapièce avec une grande énergie cinétique, c’est-à-dire à grandevitesse. Ceci représente une condition pour obtenir l’effet detravail souhaité.

Les buses sont donc conçues pour résister à des vitesses desortie de l’air comprimé très élevées. Il en résulte uneconsommation d’air comprimé comparativement élevée.

Le tableau suivant fournit des valeurs de référence relatives àla consommation d’air comprimé des buses de pulvérisationen fonction de la pression de travail et du diamètre de buse :

Les consommations d’air indiquées dans le tableau sontexprimées en l/min.

112


7.1.2 Consommation d’air comprimé des

vérins

Les vérins à air comprimé sont surtout utilisés dans le secteurde l’automatisation. Deux types de vérins permettent dedéterminer la consommation d’air comprimé :

– les vérins à action simple utilisent uniquement l’air comprimépour exécuter le déplacement exigé par le cycle de travail.Le cycle de retour est assuré par une force extérieure oupar un ressort.

– les vérins à action double se servent de l’air comprimé pourexécuter un déplacement dans les deux sens. Une forceest exercée pour les deux courses. La consommation d’aircomprimé est deux fois plus élevée.

La consommation d’air comprimé q pour les cylindres à aircomprimé est calculée au moyen de la formule suivante :

q = Consommation d’air comprimé (1 barabs

et 20°C) [l/min]

d = Diamètre du piston [dm]

H = Longueur de la course du piston (course) [dm]

p = Pression de service [barabs

]

a = Cycles de travail par minute [1/min]

b = 1 : vérins à action simple2 : vérins à action double

Exemple

Un vérin à action simple dont le piston présente un diamètre de100 mm doit fonctionner à une pression de service de 7 bar

abs.

La course du piston est de 120 mm, 47 cycles de travail sontexécutés par minute.

Ce vérin à air comprimé consomme approximativement 336

litres d’air comprimé par minute.

12 ́ pq = ———— ´ 1,3 ´ 7 ´ 47 ´ 1

4

q = ca. 336 l/min

d2 × π× π× π× π× πq = ———— ××××× H ××××× p ××××× a ××××× b

4

d = 100 mm =̂ 1 dm

H = 130 mm ^̂= 1,3 dm

p = 7 barabs

a = 47

b = 1

Figure 7.3 :Système de serrage avec vérin pneumatique

113


7.1.3 Consommation d’air comprimé

des outilsDans l’industrie et l’artisanat, les outils à air comprimé fontpartie des consommateurs d’air comprimé les plus utilisés. Ilssont présents presque partout en grand nombre.

Ils nécessitent généralement une pression de 6 bar. Selon leurdomaine d’emploi et leur puissance, d’autres pressions detravail seront utilisées. Dans ce cas, la consommation d’aircomprimé diverge également des valeurs indiquées dans letableau.

Le tableau suivant fournit des valeurs à titre indicatif relativesà la consommation d’air comprimé de certains consommateurs.Elles peuvent diverger des données fournies par lesconstructeurs, car il s’agit uniquement de valeurs moyennes.

Perceuse forets jusqu’à 4 mm ∅ 2004 à 10 mm ∅ 200 à 450

10 à 32 mm ∅ 450 à 1750

Tournevis M3 180M4 à M5 250M6 à M8 420

Tournevis àpercussion M10 à M24 200 à 1000

Ponceuse d’angles 300 à 700

Ponceuse à 1/4 feuille 250vibrations 1/3 feuille 300

1/2 feuille 400

Ponceuse à bande 300 à 400

Meuleuse portative Pinces de serrage 6 à 8 mm ∅ 300 à 10008 à 20 mm ∅ 1500 à 3000

Agrafeuse, 10 à 60machine à agrafer

Appareil Consommation d’air

Pression de travail 6 bars

[l/min.]

Figure 7.4 :Tournevis à percussion pneumatique

114


Appareil Consommation d’air

Pression de travail 6 bar [ l/min ]

Cloueur 50 à 300

Scie sauteuse (bois) 300

Ciseau à plastique et textiles 250 à 350

Cisaille à tôles 400 à 900Biseauteuse (bois et plastique) 250 à 400Chanfreineuse (phases des points de soudure) 2500 à 3000

Machine à décaper la rouille 250 à 350

Dérouilleur à aiguilles 100 à 250

Marteau universel léger 150 à 380Marteau à river, marteau burineur et marteau à mater 200 à 700Marteau piqueur et marteau de démolition léger 650 à 1500Marteau piqueur et marteau de démolition lourd – 3000Marteau-bêche 900 à 1500Marteau perforateur 500 à 3000

Pilon (fonderies) 400 à 1200Pilon (béton et terre) 750 à 1100Agitateur (intérieur et extérieur) 500 à 2500

115


7.2 Détermination de la

consommation d’air

comprimé

Il ne suffit pas d’additionner la consommation d’air comprimédes différents consommateurs d’air pour déterminer les besoinsd’un réseau d’air comprimé. Il faut également tenir compte decertains facteurs qui influencent la consommation d’aircomprimé.

La majorité des appareils pneumatiques, tels que par exempleles outils, les pistolets à peinture et les pistolets de soufflage,ne sont pas utilisés en continu. Ils sont déclenchés et arrêtésen fonction des besoins. Il est donc important de déterminer ladurée de fonctionnement DF moyenne pour obtenir uneestimation exacte des besoins en air comprimé.

La formule suivante permet de définir la durée defonctionnement DF moyenne :

Exemple

Un tournevis semi-automatique fonctionne environ 25 minutesen une heure.

25DF = ——— x 100 %

60

DF = 41,6 %

La durée de fonctionnement DF du tournevis est de 41,6 %.

La durée de fonctionnement DF de certains consommateursd’air courants est indiquée dans le tableau ci-dessous. Lesvaleurs se basent sur des valeurs empiriques générales etpeuvent fortement diverger dans des cas d’utilisation spéciaux.

7.2.1 Durée de fonctionnement moyenne

Consommateur d’air Durée de fonct. moyenne

Perceuse 30 %Ponceuse 40 %Marteau piqueur 30 %Pilon 15 %Machine à mouler 20 %Pistolet de soufflage 10 %Machine à équiper lesplaques imprimées 75 %

Tu

DF = ——— x 100 %T

r

DF = durée de fonctionnementmoyenne [%]

Tu

= Temps d’utilisation [min.]T

r= Temps de référence [min.]

TE

= 25 min.

TR

= 60 min.

Figure 7.5Durée de fonctionnement moyenne

On

Off

116


7.2.2 Facteur de simultanéité Le facteur de simultanéité f est une valeur empirique basée surl’expérience acquise dans le domaine des appareilspneumatiques qui ne sont pas utilisés simultanément. Le facteurde simultanéité f est un multiplicateur qui permet d’adapter laconsommation théorique absorbée par un certain nombre deconsommateur aux conditions réelles.

Le tableau ci-dessous fournit des valeurs généralementreconnues pour le facteur de simultanéité f :

Nombre de consommateurs Facteur de simultanéité f

1 1,00

2 0,94

3 0,89

4 0,86

5 0,83

6 0,80

7 0,77

8 0,75

9 0,73

10 0,71

11 0,69

12 0,68

13 0,67

14 0,66

15 0,64

Le facteur de simultanéité est appliqué aux appareilspneumatiques suivants :

– buses non automatiques décrites au chapitre 7.1.2

– outils pneumatiques non automatiques décrits auchapitre 7.1.3

– machines-outils, automates de production et machinessimilaires, lorsqu’aucun autre équipement n’est spécifié.

Figure 7.6 :Alimentation de plusieurs consommateurs par unréseau d’air comprimé

117


7.2.3 Définition des besoins en air

comprimé

On sépare les consommateurs en deux groupes pour déterminerl’ensemble de la consommation d’un réseau d’air comprimé :

– consommateurs d’air comprimé automatiques

– consommateurs d’air comprimé généraux

Le groupe de consommateurs comprend les vérinspneumatiques automatiques, les machines à fonctionnementcontinu et les cycles de travail prolongés nécessitant de l’aircomprimé. Leur consommation individuelle q doit êtreconsidérée dans le calcul des besoins.

7.2.3.1 Consommateurs d’air comprimé

automatiques

Consommateurs d’air comprimé automatiques Pression de Quantité Consom.

travail individuelle Q x q

[bars] Q [unités] q [l/min.] [l/min.]

Vérin à air comprimé automatique 6 2 336 672

Machine de chantier 5 1 310 310

Total TQ d’air comprimé exigé par tous les consommateurs automatiques [l/min.] ΣΣΣΣΣ 982 l/min.

118


7.2.3.2 Consommateurs d’air comprimé

généraux

La plupart des cycles de travail ne durent qu’un certain temps.Une durée de fonctionnement DF moyenne peut être déterminéepour ces opérations. De plus, ces consommateurs ne sontgénéralement pas utilisés simultanément.

La durée de fonctionnement DF moyenne et le facteur desimultanéité f sont utilisés pour les consommateurs générauxen tant que multiplicateurs réducteurs lors du calcul.

Consommateurs d’air généraux Pression de Durée de Quantité Consom. Q x q x DU / 100

travail fonction. individuelle

[bars] DF [%] Q [unités] q [l/min.] [l/min.]

Pistolet à peinture ∅ 1,5 mm 3 40 1 180 72

Pistolet de soufflage ∅ 1,0 mm 6 10 3 65 19,5

Tournevis à percusion M10 6 20 3 200 120

Perceuse jusqu’à ∅ 20 mm 6 30 1 700 210

Ponceuse d’angles 6 40 2 500 400

Total T de la consommation d’air des consommateurs généraux [l/min.] ΣΣΣΣΣ 821,5

Facteur de simultanéité f 0,71

Consommation d’air Tf des consommateurs généraux T

f = f x T [l/min.] 583,3

La consommation totale d’air comprimé théorique T est lasomme de la consommation des appareils automatiques etgénéraux.

La consommation totale d’air comprimé ne peut cependant pasêtre considérée pour dimensionner le compresseur et lescanalisations. Pour ce faire, il faut également tenir compte decertains facteurs supplémentaires.

7.2.3.3 Consommation d’air comprimé to-

tale

T = TQ + T

f

T = 982 + 583,3

T = 1565,3 l/min. = 1,57 m³/min.

119


7.2.4 Suppléments pour pertes

et réserves

Divers facteurs doivent être également pris en compte pourcalculer le débit réel nécessité par un compresseur à partir dela consommation totale d’un cer tain nombre deconsommateurs.

Pertes p [ % ]

Les pertes p dues aux fuites et au frottement surgissent danstoutes les sections du système d’air comprimé. Sur lessystèmes d’air comprimé neufs, 5% du débit total sont mis aucompte des pertes. Avec l’âge, les pertes dues aux fuites etau frottement augmentent généralement dans le système d’aircomprimé. On peut ainsi constater des pertes atteignant 25%sur les réseaux âgés.

Réserves r [ % ]

Un système d’air comprimé est dimensionné en fonction de laconsommation d’air comprimé estimée au moment del’installation. L’expérience démontre que, la consommation necessant d’augmenter, il est conseillé de tenir compte desextensions du réseau à moyen et long terme pour dimensionnerle compresseur et la conduite principale. Une extensionultérieure provoquera sinon des frais inutiles. En fonction desperspectives, il faudra prévoir une réserve r de 100%.

Marge d’erreurs m [ % ]

La consommation d’air comprimé estimée n’est pas toujoursexacte, malgré un calcul préalable soigneux. Il est rarementpossible de déterminer une valeur exacte en raison de conditionsmarginales généralement obscures. Si l’envergure du systèmed’air comprimé est insuffisante, il faudra l’agrandir plus tard enengageant des frais (périodes d’arrêt). Il est conseillé de compteravec une marge d’erreur m de 5 à 15%.

Pour calculer le débit nécessaire DN, on ajoute 5% pour les

pertes, 10% pour les réserves et 15% pour la marge d’erreursà la consommation totale déterminée T.

Le débit DN nécessaire pour alimenter correctement les

consommateurs d’air représente approximativement 2035 l/min.Cette valeur constitue la base du dimensionnement ducompresseur et de la conduite principale.

T = 1826 l/min

p = 5 %

r = 10 %

m = 15 %

T x ( 100 + p + r + m )D

N= ———————————

100

1565 x ( 100 + 5 + 10 + 15 )D

N= —————————————

100

DN

= 2035 l/min. = 2,04 m³/min.

Suppléments [%]

Pertes 5 à 25

Réserves 10 à 100

Marges d’erreurs 5 à 15

7.2.5 Débit nécessaire DN

120


7.3 Pertes d’air comprimé La perte d’air comprimé est l’air consommé dans le réseau dedistribution sans qu’aucun travail ne soit exécuté. Dans lescas les plus défavorables, ces pertes peuvent atteindre 25%du débit total du compresseur.

Les origines des pertes sont nombreuses :

– soupapes non étanches

– raccords à vis et à brides non étanches

– soudures et points de soudure non étanches

– tuyaux et raccords de tuyaux défectueux

– électrovannes défectueuses

– évacuateurs à flotteur bloqués

– sécheurs, filtres et équipements de maintenance malinstallés

– conduites corrodées

Dans un réseau de distribution, les fuites agissent à la manièrede buses par lesquelles l’air comprimé s’échappe à grandevitesse. Ces fuites représentent des consommateurs continus,car de l’air comprimé s’échappe 24 heures sur 24. L’énergienécessaire pour compenser les pertes d’air comprimé estconsidérable. Les pertes ne provoquent pas de préjudicesphysiques, mais les frais qui en résultent ont une influencenéfaste sur l’efficacité du système pneumatique.

Un exemple permet de démontrer l’importance de ces frais

supplémentaires :

75 l/min. = 4,5 m³/h s’échappent d’un réseau délivrant 8 bar parun orifice de 1 mm de diamètre. Le moteur doit délivrer unepuissance de 0,6 kW pour générer ce débit. A 0,25 DM parkWh, on obtiendra, selon le rendement du moteur et pour 8000heures de fonctionnement, des frais supplémentaires de 1350 DMenviron par an.

7.3.1 Frais provoqués par les pertes d’air

comprimé

Fuite Quantité d’air qui Pertes

∅ d’orifice s’échappe à 8 bars

Energie Pécun.

[mm] Taille [l/min.] [kW] [DM/A ]

1 75 0,6 1350

1,5 150 1,3 2900

2 260 2,0 4300

3 600 4,4 10200

4 1100 8,8 20300

5 1700 13,2 31100

121


7.3.2 Détermination du volume de fuite Le premier pas à effectuer pour minimiser les pertes d’aircomprimé est de déterminer le volume de fuite V

F. Deux

procédés sont utilisés pour ce faire :

La manière la plus simple utilisée pour déterminer le volume defuite V

Fconsiste à vider le réservoir d’air comprimé.

La conduite d’alimentation du réservoir d’air comprimé estfermée. Tous les consommateurs d’air comprimé reliés auréseau doivent être arrêtés. La pression du réservoir p

D baisse

en raison de la fuite à la pression pF. La période t est mesurée.

La formule suivante permet de calculer approximativement levolume de fuite V

F :

VF

= Volume de fuite [l/min.]

VR

= Volume du réservoir [l]

pD

= Pression de départ du réservoir [bars]

pF

= Pression finale du réservoir [bars]

t = Période mesurée [min.]

Exemple

Un réservoir d’air comprimé installé dans un important systèmede conduites possède un volume 1000 l. La pression du réservoirdescend de 8 à 7 bar

sen 2 minutes.

Le volume de fuite du système d’air comprimé représente environ500 l/min.

Remarque

Cette méthode ne peut être employée que pour les systèmesd’air comprimé dans lesquels le volume du réseau de conduitesn’excède par 10% de celui du réservoir. La mesure est sinontrop imprécise.

1000 x ( 8 - 7 )V

F= ———————

2

VF

= 500 l/min

7.3.2.1 Détermination des fuites

en vidant le réservoir

VR

VF

pD

pF

VR

= 1000 l

pD

= 8 bar

pF

= 7 bar

t = 2 min.

VR x ( p

D - p

F)

VF

= ———————t

①①①①①

122


7.3.2.2 Détermination des fuites par

mesure de la durée de

fonctionnement

La deuxième méthode permettant de déterminer le volume defuite V

Fconsiste à mesurer la durée de fonctionnement du

compresseur. Cette méthode ne peut être employée que surles compresseurs qui fonctionnent de manière intermittente ouen marche à vide.

Tous les consommateurs branchés sur le réseau sont arrêtés.La fuite provoque une consommation d’air comprimé et lapression baisse. Le compresseur doit compenser ce volumede fuite.

Une période de fonctionnement totale ΣΣΣΣΣ t du compresseur estmesurée sur une période T. Pour obtenir un résultat réaliste, lapériode de mesure T doit comprendre au moins 5 démarragesdu compresseur.

La formule suivante permet de déterminer approximativementle volume de fuite V

F :

VF

= Volume de fuite [l/min.]

D = Débit du compresseur [m³/min.]

Σ t = Durée de fonct. totale du compresseur [s]Σ t = t

1 + t

2 + t

3 + t

4 + t

5

T = Durée de la mesure [s]

D ××××× ΣΣΣΣΣ t ××××× 1000V

F= ———————

T

m³/min x s x 1000 ll/min = ——————————

s x m³

Exemple

Un compresseur délivrant un débit réel D de 1,65 m³/min.déclenche cinq démarrages pendant une duréeT = 180 secondes. La durée de fonctionnement totale ΣΣΣΣΣ t estde 30 secondes au cours de la durée de mesure T .

Le volume de fuite du système d’air comprimé est de 275 l/min.

environ.

1,65 ́ 30 ´ 1000V

F= ———–————

180

VF

= 275 l/min

D = 1,65 m³/min

Σ t = 30 s

T = 180 s

[Temps]

[Temps]

123


7.3.4 Mesures à prendre pour limiter

les pertes d’air comprimé

Les pertes d’air comprimé sont malheureusement inévitablesdans la majorité des systèmes pneumatiques. Les fraissupplémentaires dus aux fuites réduisent grandement l’efficacitédu système d’air comprimé. Les mesures qu’il est possibled’adopter pour limiter ces pertes provoquent également desfrais. Ces coûts dépasseront cependant un jour les économiesréalisées sur le plan de la réduction des pertes d’air comprimé.L’objectif sera donc de stabiliser les pertes d’air comprimé à unniveau acceptable.

On en déduit les volumes de fuites acceptables sur le planéconomique suivants :

– max. 5 % sur les petits réseaux

– max. 7 % sur les réseaux moyens

– max. 10 % sur les gros réseaux

– max. 13 - 15 % sur les très gros réseauxpar ex. fonderies, aciéries, chantiers navals, etc.

Il doit être demandé aux employés de signaler les fuites et lesdommages constatés sur le réseau auprès des servicesresponsables. Ces dommages doivent être réparésimmédiatement. Une remise en état du réseau d’air comprimésera généralement inutile s’il est entretenu régulièrement. Lespertes d’air comprimé resteront dans un cadre acceptable.

Fuites

Il est généralement relativement facile de repérer les fuites.L’air qui s’échappe devient audible dès que la fuite prendcertaines dimensions.

Il est difficile de trouver les petites et très petites fuites. Il n’estgénéralement pas possible de les localiser à l’oreille. Dans cecas, un produit de test de l’étanchéité ou de l’eau savonneusesont appliqué sur les raccords, les dérivations, les vannes,etc. Des bulles se forment aussitôt aux endroits qui ne sontpas étanches.

7.3.3 Limite des volumes de fuites

124


7.3.5 Remise en état d’un réseau d’air

comprimé

Si les fuites qui sévissent dans un réseau d’air comprimédépassent excessivement les valeurs spécifées dans lechapitre 7.3.3, il faut envisager de remettre le réseau en état.

Il est nécessaire d’adopter les mesures énumérées ci-dessouspour limiter les pertes d’air comprimé lorsque le réseau estremis en état.

– Serrer et refaire l’étanchéité des raccords non étanches.

– Remplacer les soupapes et les coulisseaux nonétanches.

– Remplacer les tuyaux et les raccords de tuyaux nonétanches.

– Souder les points de fuites sur les conduites.

– Moderniser les évacuateurs de condensat.Remplacer les évacuateurs à flotteur mécaniques et lesélectrovannes commandées par minuterie par desévacuateurs de condensat à réglage de niveau.

– Moderniser le traitement de l’air comprimé.Libérer l’air comprimé des impuretés nuisibles telles quel’eau, l’huile et la poussière.

– Vérifier les électrovannes.Installer si possible des vannes à fermeture normale.

– Purger ou remplacer les conduites âgées.Le diamètre intérieur des tuyaux anciens est souvent réduiten raison des dépôts, provoquant une chute de pression.

– Vérifier les accouplements et les raccords de tuyaux.Les réductions de section provoquent des chutes depression.

– Réduction intermittente du réseau.Isoler les sections inutilisées des gros réseaux au moyende robinets-vannes.

125

Détermination de la taille de la station de compresseurs

8. Détermination de la taille de la station de

compresseurs

Lorsque l’on installe une station de compresseurs, la premièredécision à prendre consiste à choisir le type de compresseur.Les compresseurs à vis ou à pistons représentent le bon choixdans la majorité des domaines d’applications.

Les compresseurs à vis sont particulièrement conseillés danscertains domaines d’applications.

– Longue durée de fonctionnement DF

Les compresseurs à vis sont particulièrement indiquéslorsque l’on est en présence d’une consommation d’aircontinue sans charges de pointe importantes (DF = 100 %).Ils sont particulièrement appropriés en tant qu’équipementde charge de base dans des systèmes de compresseurs.

– Débits élevésLe compresseur à vis est la variante la plus économiquelorsque des débits importants sont demandés.

– Débit exempt de pulsationsLa compression régulière des compresseurs à vis permetde les utiliser pour alimenter des consommateurs sensi-bles.

– Les compresseurs à vis fonctionnent économiquement à despression de compression finale de 5 à 14 bar.Les étages de pressions maximales p

max pour les

compresseurs à vis sont généralement de 8, 10 et 13 bar.

Les compresseurs à pistons ont également leurs domainesd’applications spéciaux. Ils complètent parfaitement ceux descompresseurs à vis.

– Besoins intermittentsLes compresseurs à pistons sont appropriés pour uneconsommation d’air comprimé fluctuante et présentant despics de charge. Ils peuvent être utilisés en tant qu’équipementde charge de pointe dans un système de compresseurs.Les compresseurs à pistons représentent le bon choixlorsque les charges varient fréquemment.

– Faibles débitsLes compresseurs à pistons fonctionnent pluséconomiquement que les compresseurs à vis lorsque defaibles débits sont nécessités.

– Les compresseurs à pistons peuvent compresser à despression finales élevées.Les étages de pressions maximales p

max des compresseurs

à pistons sont généralement de 8, 10, 15, 30 et 35 bar.

8.1 Le type de compresseur

8.1.1 Compresseurs à vis

8.1.2 Compresseurs à pistons

Figure 8.2 :Compresseur à piston BOGE sur cuve horizontale

Figure 8.1Compresseur à vis BOGE, série S

126


8.2 Pression maximale pmax

Lorsque l’on a déterminé la taille d’un compresseur équipé d’unréservoir d’air et d’un dispositif de traitement de l’air comprimé,l’étape suivante consiste à définir la pression maximale p

max.

La conception (pmax

- pmin

) de la commande du compresseur, lapression de travail maximale des consommateurs d’aircomprimé et la somme des pertes de pression dans le réseausont les éléments de base permettant de calculer la pressionmaximale (pression d’arrêt p

max).

La pression du réservoir, qui oscille entre pmin

et pmax

, doittoujours être plus élevée que la pression de travail desconsommateurs. Des pertes de pression interviennent toujoursdans un système d’air comprimé. Il faut donc tenir compte despertes de pression causées par les différents composants dusystème.

On considèrera les valeurs suivantes pour déterminer la pressiond’arrêt p

max :

– Réseaux d’air comprimé normaux ≤≤≤≤≤ 0,1 bar

Le réseau d’air comprimé devrait être conçu de manière àce que la somme des pertes de pression ∆∆∆∆∆p de la totalitédu réseau de conduites n’excède pas 0,1.

– Grands réseaux d’air comprimé ≤≤≤≤≤ 0,5 bar

Dans le cas des réseaux d’air comprimé largement ramifiés,dans les mines, les carrières ou les grands chantiers parexemple, une chute de pression ∆∆∆∆∆p atteignant 0,5 bar estadmissible.

– Traitement de l’air par un sécheurSécheur d’air comprimé à diaphragme avec filtre ≤≤≤≤≤ 0,6 bar

Sécheur d’air comprimé par réfrigération ≤≤≤≤≤ 0,2 bar

Sécheur d’air comprimé par adsorption avec filtre ≤≤≤≤≤ 0,8 bar

– Traitement de l’air comprimé par filtre et séparateur.Séparateur centrifuge ≤≤≤≤≤ 0,05 bar

Filtre en général ≤≤≤≤≤ 0,6 bar

La chute de pression ∆∆∆∆∆p due au filtre augmente en coursd’utilisation en raison de l’encrassement. La limite deremplacement du filtre est indiquée.

– Conception du compresseurCompresseurs à vis 0,5 - 1 bar

Compresseurs à pistons pmax

- 20 %

– RéservesIl se produit toujours des pertes de pression imprévisiblesdans le système d’air comprimé en cours de service. Il estpar conséquent conseillé de planifier des réserves depression suffisantes afin d’éviter les pertes de rendement.

8.2.1 Facteurs influençant la

pression d’arrêt pmax

Figure 8.3 :Comportement de la pression dans le réservoird’air comprimé

Pression

PRT

PR

127


8.3 Détermination du volume

d’un réservoir d’air comprimé

Les réservoirs d’air comprimé sont utilisés pour stocker l’aircomprimé, amortir les pulsations et évacuer le condensat quise forme dans le système d’air comprimé. Le réservoir d’aircomprimé doit être correctement dimensionné afin de remplirparfaitement sa fonction de stockage de l’air comprimé.

Le volume du réservoir d’air comprimé VR est déterminé en

premier lieu grâce à des valeurs déterminées en pratique. BOGEconseille les rapports suivants entre le débit du compresseurD [l/min.] et le volume du réservoir V

R [l] :

– Compresseurs à pistons VR

= D

Un fonctionnement intermittent sera préféré en raison despropriétés du compresseur.

– Compresseurs à vis VR = D/3

Un fonctionnement régulier sera préféré en raison despropriétés du compresseur.

Lorsque le volume du réservoir d’air comprimé a été déterminé,il faut définir, sur les compresseurs à pistons, la conception ducompresseur, qui résulte de la durée de fonctionnement ducompresseur et des périodes d’arrêt. On obtient ainsi le nombrede démarrages du moteur du compresseur.

Les réservoirs d’air comprimé sont répartis en différentes classesde volumes. Il est conseillé de toujours choisir un réservoirnormalisé afin d’éviter les coûts inutiles d’un modèle fabriquésur mesure.

Pour des raisons de sécurité, la pression maximale du réservoirdoit toujours être au moins supérieure de 1 bar à la compressionmaximale du compresseur. Un compresseur développant 10 barsera par exemple équipé d’un réservoir d’air comprimé supportant11 bar.

Le tableau ci-dessous indique les tailles de réservoirs d’aircomprimé disponibles pour les différentes pressions de service.

8.3.1 Conseils relatifs au volume des

réservoirs d’air comprimé

8.3.2 Série normalisée et pressions de

service pour différentes tailles de


Figure 8.4 :Réservoir d’air comprimé vertical

Vol. du réservoir Pression de service jusqu’à

d’air comprimé [l] 11 [bar] 16 [bar] 36 [bar]

18 •30 •50 • •80 •150 • • •250 • • •350 • • •500 • • •750 • • •1000 • • •1500 • • •2000 • • •3000 • • •5000 • • •

128


VR

= Volume du réservoir d’air comprimé [m³]


DN

= Débit nécessité [m³/min.]

DC = Démarrages moteur admissibles/h [1/h](voir le chapitre 8.4.3)

pmax

= Pression d’arrêt du compresseur [bars]

pmin.

= Pres. de déclenchement du compr. [bars]

Le volume de stockage optimal du réservoir d’air comprimé d’uncompresseur peut être défini de manière très précise au moyend’une formule.

La formule est idéale lorsque de longues périodes d’arrêt sontplanifiées en mode intermittent. Le volume du réseau d’aircomprimé peut être partiellement incorporé dans le volume duréservoir.

VRD

DN

Figure 8.5 :Compresseur et réservoir d’air comprimé

D ××××× 60 ××××× [ DN/D - ( DN/D )² ]V

R= ——————————

DC × × × × × ( pmax

- pmin

)

8.3.3 Volume du réservoir d’air

comprimé d’un compresseur

Après avoir considéré tous les facteurs présentant une influence,il est conseillé de vérifier la taille du réservoir déterminée enfonction du nombre de démarrages du moteur du compresseur.

Il est évident qu’un compresseur démarrera et s’arrêtera plussouvent si le volume du réservoir V

Rest faible. Le moteur est

davantage sollicité. Au contraire, si le volume du réservoir VR

est important et le débit reste constant, le moteur ducompresseur démarrera moins souvent. Il sera ménagé.

Une formule simple permet de déterminer le volume du

réservoir d’air comprimé

Compresseur à piston Compresseur à vis

VR



15 ou 5 = Facteur constant

DC = Démarrages moteur admissibles/h [1/h](voir le chapitre 8.4.3)

∆p = Différence de pression ON/OFF

D ××××× 15V

R= —-—-—-

DC × × × × × ∆p

D ××××× 5V

R= —-—-—-

DC × × × × × ∆p

129


La fréquence de démarrage moteur est une valeur importantedans un système d’air comprimé. Elle est déterminée pourvérifier si le réservoir d’air comprimé a été bien dimensionné dupoint de vue du débit et de la consommation d’air. Pour ce faire,on calcule la durée de fonctionnement du compresseur t

D et sa

période d’arrêt tA, la fréquence de démarrage résulte de la

somme de ces deux valeurs.

Lors de la période d’arrêt tA du compresseur, les besoins en air

comprimé sont couverts par le volume d’air contenu dans leréservoir d’air comprimé. La pression baisse dans le réservoird’air comprimé, de la pression d’arrêt p

max à la pression de

déclenchement pmin

. Le compresseur ne délivre pas d’aircomprimé pendant cette période.

La formule suivante permet de calculer la période d’arrêt tS du

compresseur :

8.4 Fréquence de démarrage

du compresseur

8.4.1 Durée d’arrêt du compresseur

8.4.2 Durée de fonctionnement du

compresseur

La chute de pression dans le réservoir d’air comprimé estcompensée dès que le compresseur se met en route.Simultanément, les besoins en air comprimé courants sontcouverts. Le débit D est plus élevé que la consommation d’aircomprimé D

N. La pression remonte à p

max dans le réservoir

d’air comprimé.

La formule suivante est utilisée pour calculer la durée defonctionnement t

D du compresseur :

VR

××××× ( pmax

- pmin

)t

A= ———————

DN

tA

= Période d’arrêt du compresseur [min.]

VR

= Volume du réservoir d’air comprimé [l]

DN

= Débit nécessité [l/min.]

pmax


pmin


VR

××××× ( pmax

- pmin

)t

D= ————–———

( D - DN

)

tD

= Durée de fonct. du compresseur [min.]

VR


DN


D = Débit du compresseur [l/min.]

pmax


pmin


130


Le nombre maximum de démarrages moteur dépend de lapuissance du moteur d’entraînement, qui subira des dommagessi le nombre maximum de démarrages est excédé.

Pour calculer le nombre de démarrages DC du compresseur, ladurée de fonctionnent t

D du compresseur et sa durée d’arrêt t

A

sont additionnées, la durée de référence (60 minutesgénéralement) est ensuite divisée par le résultat.

Si le résultat obtenu excède le nombre de démarragesadmissibles DC, il faut prévoir un réservoir d’air comprimé deplus grandes dimensions.

Une deuxième possibilité consiste à élargir la plage de pression(p

max - p

min).

8.4.3 Détermination du nombre de

démarrages du moteur

60DC = ————

tS + t

L

Puissance du moteur Démarrages moteur admis./h z

[kW] [1/h]

4 à 7,5 30

11 à 22 25

30 à 55 20

65 à 90 15

110 à 160 10

200 à 250 5

DC = Démarrages [1/h]

tD

= Durée de fonctionnement du compr. [min.]

tA

= Durée d’arrêt du compresseur [min.]

Le tableau ci-dessous indique le nombre de démarragesmoteurs admissibles applicables à un moteur électrique surune durée d’une heure et en fonction de la puissance du moteur.

131


8.5.1.1 Calcul de la pression maximale

pmax

Au chapitre 7.2.5, un débit nécessité de DN = 2035 l/min. a été

déterminé pour toute une série de consommateurs. La pressionde travail maximale nécessitée s’élève à 6 bar

s dans cet

exemple. Un compresseur à piston est dimensionné pour cecas d’application.

La pression maximale pmax

du système d’air comprimé doit êtrecalculée. En partant de la pression de travail de tous lesconsommateurs, il faut tenir compte de tous les composantsprésents dans le système d’air comprimé :

– Pression de travail maximale dans le système 6 bars

– Réseau d’air comprimé Pertes de pression 0,1 bar

– Filtre Pertes de pression 0,6 bar

– Sécheur par réfrigération Pertes de pression 0,2 bar

————

Pression minimale dans le réservoir 6,9 bars


doit toujours êtresupérieure à cette pression.

– Plage de pression du compresseur à piston env. 2 bar

–––––––


est au moins de 8,9 bars

Pression maximale du compresseur 10 bars

(pression d’arrêt du compresseur)

8.5.1 Exemples de calcul pour

compresseurs à pistons

8.5 Exemples de configurations

de compresseurs

Figure 8.6 :Station de compresseurs comprenant uncompresseur à piston, un réservoir d’air comprimé,un sécheur d’air comprimé par réfrigération et unfiltre

132


Le choix effectué est le suivant :

Compresseur à piston de type RM 4150-213

Pression maximale pmax

: 10 bar

Débit D : 3350 l/min.

Puissance du moteur : 30 kW ⇒ z = 20

8.5.1.2 Détermination de la taille du

compresseur

Figure 8.7 :Compresseur à piston BOGE, type RM 3650-213

Dmin

= DN

/ 0,6

Dmin

= 2035 / 0,6

Dmin

= 3392 l/min

Les compresseurs à pistons sont conçus de manière à disposerde réserves de l’ordre de 40% environ. Ces réserves sont prévuespour faire face à d’éventuelles extensions de service et utiliserle compresseur en mode intermittent. Le mode intermittentcause une usure moindre.

La durée de fonctionnement DF d’un compresseur à piston estde 60%. Les compresseurs à pistons BOGE sont conçus pourune DF de 100% = marche continue. Pour calculer la taille ducompresseur, il faudra par conséquent diviser le débit nécessitéD

N par 0,6 afin d’obtenir le débit minimum D

min délivré par le

compresseur à piston.

8.5.1.3 Volume du réservoir d’air

comprimé

Le volume du réservoir d’air comprimé doit être déterminéconformément aux recommandations de BOGE, débit ducompresseur D = volume du réservoir d’air comprimé V

R. Il faut

également tenir compte des différentes tailles de réservoirs d’aircomprimé standard.

D = 3350 l/min. ⇒⇒⇒⇒⇒ VR

= 3000 l

133


Lorsque le volume du réservoir d’air comprimé a été défini, il estnécessaire de déterminer les périodes de fonctionnement etles périodes d’arrêt afin de vérifier le nombre de démarragesmoteur DC.

La formule suivante permet de calculer les périodes d’arrêt tA

du compresseur :V

R= 3000 l

pmax

= 10 bars

pmin

= 8 bars

DN

= 2035 l/min.

VR

××××× ( pmax

- pmin

)t

A= ———––———

DN

3000 ××××× ( 10 - 8 )t

A= ————————

2035

tA

= 2,95 min.

La formule suivante permet de calculer la durée defonctionnement t

D :

VR

××××× ( pmax

- pmin

)t

D= ————–———

( D - DN

)

3000 ××××× ( 10 - 8 )t

D= —————–———

( 3350 - 2035 )

tD

= 4,56 min.

VR

= 3000 l

pmax

= 10 bars

pmin

= 8 bars

D = 3650 l/min.

DN

= 2035 l/min.

tA


VR


DN


pmax


pmin


tD


VR


DN


D = Débit du compresseur [l/min.]

pmax


pmin


8.5.1.4 Conception du compresseur

134


Le nombre de démarrages du moteur est calculé à partir de ladurée de fonctionnement du compresseur et de sa durée d’arrêt,et comparé au nombre de démarrages admissibles.

tA

= 2,95 min

tD

= 4,56 min

Puissance moteur 22 kW ⇒ z = 25

60DC = ————

tS + t

L

60DC = ———–——

2,95 + 4,56

DC = 8

8 démarrages du moteur par heure restent largement endessous de la valeur admissible pour un moteur de 30 kW( DC = 20). La taille du réservoir d’air comprimé a été bien choisie.Ses dimensions pourraient même être réduites en raison desgrandes réserves de démarrages moteur.

Remarque

Si la consommation d’air comprimé n’est pas définie de manièreexacte, on peut considérer, lors du calcul du nombre dedémarrages moteur, que la consommation représente 50% dudébit du compresseur. Dans ce cas, les périodes defonctionnement et d’arrêt du compresseur sont identiques. Ilen résulte un nombre maximum de démarrages moteur.

DC = Démarrages moteur [1/h]

tD


tA


8.5.1.5 Démarrages du moteur du

compresseur

135


8.5.2.1 Exemple de calcul de

la pression maximale pmax

Dans le chapitre 7.2.5, le débit nécessité DN = 2,04 m³/min. a

été calculé pour un certain nombre de consommateurs. Lapression de travail maximale nécessitée s’élève dans cetexemple à 6 bar

s. Un compresseur à vis est dimensionné pour

ce cas d’application.

La pression maximale du compresseur pmax

du système d’aircomprimé doit être calculée. Partant de la pression de travaildes consommateurs, il faudra tenir compte de tous lesconsommateurs raccordés au système d’air comprimé :

– Pression de travail maximale dans le système 6 bars

– Réseau d’air comprimé Perte de pression 0,1 bar

– Filtre Perte de pression 0,6 bar

– Sécheur d’air par réfrigération Perte de pression 0,2 bar

————

Pression minimale dans le réservoir 6,9 bars


doit toujoursêtre supérieure à cette pression.

– Plage de pression du compresseur à vis 1 bar

–––––––


est au moins 7,9 bars

Pression maximale du compresseur 8 bars

(pression d’arrêt du compresseur)

La durée de fonctionnement optimale DF d’un compresseur àvis est de 100%. C’est-à-dire que le débit nécessité D

N est

égal au débit minimum Dmin

du compresseur..

DN

= 2,04 m³/min. = Dmin

= 2 m³/min. env.

On choisira :

Compresseur à vis de type S 21

Pression max.pmax

: 8 bar

Débit D : 2,42 m³/min.

Puissance moteur : 15 kW ⇒ z = 25

8.5.2.2 Détermination de la taille du

compresseur

Figure 8.9 :Compresseur à vis BOGE

Figure 8.8 :Station de compresseurs comprenant uncompresseur à vis, un sécheur d’air comprimé parréfrigération, un réservoir d’air comprimé et un filtre

8.5.2 Exemples de calcul pour

compresseurs à vis

136


8.5.2.3 Dimensionnement du


VB


D = Débit de tous les compresseurs [m³/min.]

DN

= Débit nécessité [m³/min.]

DC = Démarrages moteur admissibles [1/h]

pmax


pmin


Le volume du réservoir d’air comprimé est calculé au moyen dela formule suivante pour les compresseurs à vis. Il faut tenircompte des différentes tailles de réservoirs d’air compriméstandard lors du choix.

VRD

DN

Figure 8.10 :Compresseur et réservoir d’air comprimé

D = 2,42 m³/min

DN

= 2,04 m³/min

DN/D = 0,843

DC = 25 1/h

pmax

= 9 bars

pmin

= 8 bars

D ××××× 60 ××××× [ DN/D - ( DN/D )² ]V

R= ——————————

DC × × × × × ( pmax

- pmin

)

2,42 ××××× 60 ××××× [ 0,843 - 0,843² ]V

R= ——————————————

25 × × × × × ( 9 - 8 )

VR

= 0,77 m³

Volume du réservoir d’air compr. choisi:

VR

= 0,75 m³ = 750 l

Le volume du réservoir d’air comprimé peut être égalementdéterminé conformément aux recommandations BOGE : débitdu compresseur par rapport au volume du réservoir d’aircomprimé V

R = D/3.

D = 2,46 m³/min. ⇒⇒⇒⇒⇒ VR

= 0,82 m³

8.5.2.4 Fréquence de démarrages du

compresseurIl est inutile de contrôler la fréquence de démarrages et lenombre de démarrages moteur max. admissibles sur lescompresseurs à vis BOGE, car le microcontrôleur qui équipe lacommande ARS de BOGE interdit tout dépassement du nombrede démarrages moteurs admissibles.

137


Si une entreprise attend une consommation fluctuante et planifieun agrandissement ultérieur, il faudra prévoir un compresseurqui puisse fonctionner en régime intermittent. Un compresseurà piston est tout indiqué dans ce cas. Si le compresseur doitcouvrir des besoins en air comprimé constants, il sera par contreconseillé d’utiliser un compresseur à vis.

Ces deux types de compresseurs sont disponibles en versionentièrement insonorisée, prêts à être branchés.

Le choix du système approprié ne devrait pas être lié à desquestions financières, car le prix d’achat est rapidement amortilorsque des frais d’exploitation courants sont économisés. Lesfrais d’exploitation courants ne sont pas seulement les fraisénergétiques nécessaires pour générer l’air comprimé, maisaussi les frais de marche à vide.

Les compresseurs à pistons fonctionnent en mode intermittent.Ils ne possèdent pas de ralenti. Les compresseurs à vis, de parleur conception réduite et leur réservoir d’air comprimé dedimensions relativement faibles, doivent passerautomatiquement au ralenti afin d’éviter de nombreux démarragesdu moteur.

La commande ARS favorise toujours le mode intermittent etdes périodes de marche à vide réduites au minimum.

8.5.3 Résumé des critères de choix d’un

compresseur

138


Il est conseillé de toujours respecter la pression de travail desconsommateurs d’air comprimé. Le rendement de ces derniersdiminue de manière disproportionnée lorsque la pression duréseau p

R descend au dessous de la pression de travail.

Dans le tableau ci-dessous, l’exemple d’un outil pneumatiqueet d’un marteau perforateur conventionnels montre que lapression de travail dépend du rendement :

Exemple

Un vérin pneumatique illustre bien les conséquences résultantd’une pression réseau trop faible.

La pression de travail nécessaire n’est plus appliquée sur levérin pneumatique d’un système de serrage. La force de serragedu vérin diminue et la pièce n’est plus maintenue avecsuffisamment de force.

En cours d’usinage sur la machine outil, la pièce se détachedu système de serrage. Il en résulte une destruction de la piècequi risque même de blesser l’opérateur.

Pression Rendement Consom. d’air

réelle relatif comprimé relative

[bar] [%] [%]

au raccord Outil Marteau Outil Marteau

7 120 130 115 120

6 100 100 100 100

5 77 77 83 77

4 55 53 64 56

8.6.1 Rendement et pression de travail

Figure 8.13 :Système de serrage pneumatique

8.6 Remarques relatives à la configuration du

compresseur

Figure 8.11 :Tournevis à percussion à entraînementpneumatique

Figure 8.12 :Marteau piqueur sans vanne

139


Lorsque la pression de travail des différents consommateurspresente de fortes variations, il est nécessaire d’en rechercherla cause.

Certains consommateurs exigeant peu d’air compriménécessitent une pression de travail beaucoup plus élevée qued’autres.Dans ce cas, il est conseillé d’installer une deuxième stationde compresseurs, de moindres dimensions, possédant son pro-pre réseau d’air comprimé et une pression d’arrêt p

max plus

élevée.

La surcompression inutile du volume débité principal du systèmed’air comprimé provoque des frais très élevés. Ces coûtssupplémentaires justifient généralement l’installation d’undeuxième réseau d’air comprimé. Le réseau séparé estgénéralement amorti rapidement grâce à la réduction des fraisd’exploitation.

L’installation d’un compresseur de grandes dimensions estavantageuse lorsque la consommation d’air comprimé est élevéeet sujette à d’importantes variations. Un système composé deplusieurs compresseurs représente une alternative. Une grandesécurité d’exploitation et un rendement élevé parlent en sa faveur.

Un ou plusieurs compresseurs couvrent les besoins de basecontinus en air comprimé (charge de base). Si les besoinsaugmentent, d’autres compresseurs se déclenchent à leur tour(charge moyenne et charge de pointe) jusqu’à ce que le débitcouvre à nouveau les besoins. Lorsque ces derniers diminuent,les compresseurs sont arrêtés les uns après les autres.

Les configurations de compresseurs (débit) formant un systèmede compresseurs sont si variées qu’il est est impossible deformuler des conseils généraux. La configuration choisie dépenddu comportement de pression de tous les consommateursraccordés au réseau.

Avantages

– Sécurité de fonctionnementLes entreprises largement dépendantes de l’air comprimésont en mesure d’assurer leur consommation à tout momentgrâce à un système de compresseurs. Si un compresseurtombe en panne, ou s’il est nécessaire d’effectuer des travauxde maintenance, les autres compresseurs se chargentd’assurer l’alimentation.

– EconomiePlusieurs petits compresseurs parviennent mieux à adapterla consommation d’air comprimé qu’un seul groscompresseur. Les économies réalisées sont substantielles.En mode intermittent, les frais de marche à vide importantsd’un gros compresseur sont remplacés par les faibles coûtsdu compresseur de service du système.

8.6.2 Pression de travail variable

des consommateurs

8.6.3 Systèmes composés de plusieurs

compresseurs

Figure 8.14 :Schéma d’un système composé de plusieurscompresseurs

140

Le réseau d’air comprimé

9. Le réseau d’air

comprimé

9.1 Le réservoir d’air comprimé La taille des réservoirs d’air comprimé est déterminée par ledébit du compresseur, le système de régulation et laconsommation d’air comprimé. Les réservoirs d’air compriméremplissent différentes fonctions au sein du réseau d’aircomprimé.

Le compresseur accumule un volume de stockage dans leréservoir. La consommation d’air comprimé peut êtrepartiellement couverte grâce à ce volume. Le compresseur nedélivre pas d’air comprimé pendant ce temps. Il reste endisponibilité sans consommer de courant. De plus, les différentsprélèvements d’air comprimé dans le réseau sont compenséset les consommations de pointe sont assurées. Le moteur semet plus rarement en route, son usure étant ainsi réduite.

Plusieurs réservoirs d’air comprimé seront éventuellementnécessaires pour accumuler un volume de stockage suffisant.Les très gros réseaux d’air comprimé disposent généralementd’un volume de stockage suffisant. Dans ce cas, il est possiblede choisir des réservoirs d’air comprimé de moindresdimensions.

Le débit pulsant généré par les compresseurs à pistons est dûà leur mode de fonctionnement spécial. Ces variations depression ont une influence négative sur le fonctionnement desdifférents consommateurs. Les équipements de régulation etles dispositifs de mesure en particulier réagissent à un débitpulsant en entraînant des dysfonctionnements. Le réservoir d’aircomprimé est utilisé pour compenser ces fluctuations depression.

Ce phénomène est moins fréquent sur les compresseurs à viscar ils génèrent un débit presque régulier.

9.1.1 Stockage de l’air comprimé

9.1.2 Amortissement des pulsations

Figure 9.1 :Réservoir d’air comprimé horizontal

141


La compression provoque la transformation de l’humiditécontenue dans l’air sous forme de gouttes d’eau (condensat).Cette eau est généralement transportée par le volume débitédans le réservoir d’air comprimé. L’air comprimé y est stocké.La chaleur, transmise à l’environnement plus froid via la grandesurface du réservoir d’air comprimé, permet à l’air comprimé derefroidir. La plus grande partie du condensat s’amasse sur lesparois du réservoir. Le condensat est récupéré au fond duréservoir et évacué grâce aux évacuateurs de condensatappropriés.

Les réservoirs d’air comprimé vidés sporadiquement peuventrouiller sous l’action du condensat. Il faudra galvaniserentièrement le réservoir d’air comprimé pour lui permettre derésister à la corrosion. Si le condensat est évacué régulièrement,il n’est pas absolument nécessaire de galvaniser le réservoir.La galvanisation est indiquée lorsque le condensat contient uneconcentration élevée en éléments agressifs.

Les réservoirs d’air comprimé ne doivent être utilisés en continuqu’avec des compresseurs fonctionnant en mode intermittent.Les variations de pression ∆∆∆∆∆p ne doivent pas excéder 20 % dela pression de service maximale (pression maximale ducompresseur de 10 bar, ∆p = 2 bar). Dans le cas de variationsplus importantes, des ruptures de fatigue peuvent se produiresur les points de soudure à plus ou moins longue échéance. Leréservoir d’air comprimé doit être alors spécialement conçu pourrésister à une charge pulsatoire.

Il est conseillé d’installer le réservoir d’air comprimé dans unendroit frais. Le condensat s’amasse davantage dans le réservoirsans passer par le réseau d’air comprimé, et donc dans lesystème de traitement de l’air comprimé.

Les réservoirs d’air comprimé doivent être installés de manièreà être accessibles pour effectuer les contrôles réguliers. Il fauten outre que la plaque du constructeur soit visible.

Il est conseillé de poser le réservoir d’air comprimé sur sonpropre socle en laissant un espace suffisant pour les révisions.Il faut également tenir compte du fait que la fondation estsoumise à une contrainte plus importante lors des essais depression, quand le réservoir est rempli d’eau.

Les réservoirs d’air comprimé doivent être installés de manièreà ce que personne ne soit mis en danger. Respecter les zoneset écartements de sécurité nécessaires.

Les réservoirs d’air comprimé et leurs équipements doivent êtreprotégés contre les interventions mécaniques extérieures (lesvéhicules par exemple), afin d’éviter toute détérioration pouvantavoir des conséquences dangereuses sur les employés ou detierces personnes.

9.1.5 Installation des réservoirs d’air

comprimé

9.1.3 Evacuation du condensat

Figure 9.2 :Réservoir d’air comprimé vertical

9.1.4 Exploitation des réservoirs d’air

comprimé

142


9.1.6 Prescriptions de sécurité

appliquées aux réservoirs d’air

comprimé

Les réservoirs d’air comprimé sont soumis aux directives rela-tives aux réservoirs sous pression, aux règlements techniquesconcernant les réservoirs d’air comprimé et aux règles stipu-lées dans la norme DIN EN. Ces prescriptions relatives à laprévoyance contre les accidents sont prescrites par la législa-tion, il est donc impératif de les respecter. L’exploitant d’unréservoir d’air comprimé a le devoir de s’informer régulièrementsur les règles de prévention contre les accident les plus récen-tes.

Respecter particulièrement les points suivants extraits durèglement de prévoyance contre les accidents :

Les réservoirs d’air comprimés sont répertoriés en groupes selonle § 8 des directives sur les réservoirs d’air comprimé.

( 1 ) Les réservoirs d’air comprimé sont divisés en groupesen fonction de leur pression de service admissible p en bar etdu contenu de la chambre de pression l en litres (le produit ducontenu de pression p ξξξξξ l). Dans le cas de plusieurs chambresde pression séparées les unes des autres, le produit est définipour chacune des chambres de pression.

Groupe I : réservoirs d’air comprimé prévus pour une pressionde service admissible p de 25 bar max., le contenude pression p ξξξξξ l n’excédant pas 200.

Groupe III : réservoirs d’air comprimé prévus pour une pressionde service admissible p de 1 bar max., le produitde contenu de pression p ξξξξξ l excèdant 200 sansdépasser 1000 ( p > 1 bar et 200 < p ξ l ≤ 1000 ).

Groupe IV : réservoirs d’air comprimé prévus pour une pressionde service admissible p de 1 bar max., le produitde contenu de pression p ξξξξξ l excédant 1000 ( p >1 bar et p ξ l > 1000 ).

9.1.6.1 Division en groupes de contrôle

Groupe II

Groupe IV

Groupe III

Groupe I

Groupe II

Pre

ss

ion

de

se

rvic

e p

S [

ba

r]

Volume de la chambre de pression l [dm³]

p××××× l =

1000

p××××× l =

200

p××××× l =

20

Figure 9.3 :Diagramme illustant les différents groupes deréservoirs d’air comprimé

143


9.1.6.3 Devoir d’enregistrement

et de surveillamce

9.1.6.2 Fabrication des réservoirs d’air

compriméLes „réservoirs d’air comprimé simples non ionisés“ prévus pourune pression de service comprise entre 0,5 et 30 bar desurpression, un produit de contenu de pression p ××××× l atteignant10000, (réservoir jusqu’à 750 l, 11 bar ou 500 l, 16 bar ) et unmanteau cylindrique avec deux embases sont fabriquésconformément à la directive européenne 87/404 CEE. Ils sontaccompagnés du sigle CE et d’une plaque de réservoir. Ilspeuvent donc être utilisés dans tout l’espace européen sanségards supplémentaires relatifs aux prescriptions nationales.

Les réservoirs d’air comprimé dont le produit de contenu depression p ××××× l excède 10 000 doivent être fabriquésconformément aux prescriptions nationales.

Le règlement de prévention contre les accidents stipule que lesréservoirs d’air comprimé doivent être soumis à des contrôles,effectués par des experts ou des agents spécialisés, sur lesite d’installation avant d’être mis en service (TRB 531, § 6 ), età intervalles réguliers après la mise en service. Les réservoirsd’air comprimé doivent être enregistrés auprès des autoritésdes services techniques sur présentation du certificat deréservoir d’air comprimé fourni.

La première vérification a déjà eu lieu en usine avant la livraison.Tous les réservoirs sont soumis à un test de pression hydrauliqueavec de l’eau lorsque le modèle est enregistré. Les réservoirsindividuels, pour lesquels aucun modèle n’est enregistré, doiventêtre contrôlés en présence d’un expert.

Les experts sont définis dans le § 31 des directives allemandessur les réservoirs d’air comprimé. Ce sont

– les employés des services techniques.

– les employés des instituts officiels de test de matériaux.

– les experts détachés par les caisses de prévoyance contreles accidents.

Les experts définis dans le § 32 des directives allemandes surles réservoirs d’air comprimé sont ceux qui,

– en raison de leur formation, de leurs connaissances et del’expérience acquise au cours de leur activité professionnelle,sont en mesure de garantir un contrôle effectuécorrectement.

– possèdent les qualifications requises.

– ne sont soumis à aucunes pressions ou directivesextérieures pendant l’exercice de leurs fonctions.

– disposent de leur propre équipement de contrôle sinécessaire.

– sont en mesure de certifier à l’appui des documentsappropriés qu’ils ont suivi une formation officielle ou reconnuepar l’état et certifient qu’il remplissent les conditionsénoncées sous le premier point.

L’expert doit pouvoir être en mesure de démontrer ses capacitéssur demande de l’autorité compétente.

9.1.6.4 Experts et personnes spécialisées

selon les § 31 et 32 des directives

allemandes sur les réservoirs d’air

144


9.1.6.5 Inspection des réservoirs d’air

comprimé

L’inspection avant la mise en service et les vérifications àintervalles réguliers des réservoirs d’air comprimé sont soumisesà la juridiction nationale. Dans le § 9 des directives relativesaux réservoirs d’air comprimé, l’inspection doit être effectuéeavant la mise en service. Le § 10 règle les inspectionspériodiques.

Inspection avant la mise en service, § 9

( 1 ) Un réservoir d’air comprimé faisant partie des groupes

III, IV et VII ne peut être mis en service que lorsqu’il a étévérifié par un expert, et que ce dernier a certifié que le réservoirest en parfait état de service.

( 2 ) Un réservoir d’air comprimé faisant partie du groupe I,s’il est utilisé pour stocker des gaz, des vapeurs ou des liqui-des combustibles, caustiques ou toxiques, ou du groupe II,ne peut être mis en service que s’il satisfait aux conditionssuivantes :

1. le fabricant a soumis le réservoir d’air comprimé à un essaide pression et délivré le certificat spécifiant que le réservoira été fabriqué correctement et que le résultat de l’essai depression confirme qu’il satisfait aux exigences demandées.

2. un expert a soumis le réservoir d’air comprimé à un essaide réception et certifié qu’il satisfait aux exigencesdemandées dans le cadre de cet essai.

( 3 ) L’inspection initiale comprend l’inspection préliminaire,l’inspection de construction et un test de pression. L’inspectionfinale comprend le test de service, le contrôle des équipementset la vérification de l’installation.

145


Inspections périodiques, § 10

( 1 ) Les inspections périodiques stipulées dans le paragraphe4 doivent être réalisées par des experts sur les réservoirs d’aircomprimé faisant partie des groupes IV et VII.

( 2 ) Un réservoir d’air comprimé faisant partie du groupe I,s’il n’est pas utilisé pour stocker des gaz, des vapeurs ou lesliquides inflammables, caustiques ou toxiques, et des groupes

II, III et IV doit être vérifié périodiquement à des intervalles définispar l’exploitant, sur la base des expériences réalisées en fonctiondu mode d’exploitation et du milieu.

( 3 ) Les inspections périodiques consistent à effectuer destests internes et des essais de pression. Si le réservoir estexposé à un échauffement (flamme, gaz d’échappement, sourceélectrique), l’inspection périodique est accompagnée d’essaisexternes, généralement sur les réservoirs d’air comprimé enservice. Les essais internes spécifiés dans la phrase 1 doiventêtre accompagnés ou remplacés par d’autres essais appropriéss’il n’est pas possible d’effectuer la totalité des essais inter-nes. Les essais de pression cités dans la phrase 1 doivent êtreremplacés par des essais non destructifs s’il n’est pas possiblede les réaliser en raison du type de réservoir d’air comprimé, ousi son mode de fonctionnement les rend inutiles.

( 4 ) Les essais internes sur les réservoirs d’air compriméfaisant partie des groupes IV et VII doivent être répétés tousles cinq ans, les essais de pression tous les dix ans, les testsexternes tous les deux ans. L’autorité de contrôle a la libertéde

1. prolonger ces périodes au cas par cas si la sécurité estgarantie par d’autres moyens, ou

2. de raccourcir ces périodes au cas par cas pour assurer lasécurité des employés ou de tierces personnes.

( 10 ) Un réservoir d’air comprimé faisant partie des groupes

IV ou VII ne peut être utilisé à l’issue de la période d’expirationdes essais périodiques que si les essais sont effectués dansles délais impartis, et si l’expert a confirmé, à l’appui desrésultats de l’essai, que le réservoir d’air comprimé satisfaitaux exigences demandées.

( 11 ) Si l’expert constate que le réservoir d’air comprimé nese trouve pas en parfait état, il est demandé à l’autoritéresponsable de prendre une décision.

146


Les tests réguliers, réalisés aux frais des exploitants, sonteffectués de la manière suivante par des experts ou desprofessionnels :

Test interne (tous les 5 ans)

Le réservoir d’air comprimé est coupé du réseau et n’est plussous pression. L’ouverture d’inspection est ouverte et l’intérieurdu réservoir est soigneusement nettoyé. Les parois métalliquesdoivent être parfaitement propres. L’expert vérifie l’état intérieurdu réservoir et certifie qu’il est en parfait état.

Test de pression (tous les 10 ans)

Le réservoir d’air comprimé est coupé du réseau et n’est plussous pression. Les accessoires de tuyauterie sont dévissés etles ouvertures sont refermées avec des bouchons. Le réservoird’air comprimé est entièrement rempli d’eau, la pompe à mainest raccordée pour le test de pression. Le réservoir d’aircomprimé est ensuite porté à la pression de service au moyende la pompe à main, son étanchéité est vérifiée par l’expert.

Exploitation des réservoirs d’air comprimé, § 13

( 1 ) L’exploitant d’un réservoir d’air comprimé doit s’assurerque le réservoir reste toujours en parfait état de fonctionnement.Il faut en outre qu’il l’utilise correctement, qu’il le contrôle, lesoumette aux opérations de maintenance et d’entretien et prenneles mesures de protection appropriée.

Justificatif d’inspection et liste des réservoirs d’air com-

primé, § 14

( 1 ) La plaquette de l’inspection initiale doit être apposée enévidence sur les réservoirs d’air comprimé.

( 2 ) Lorsqu’un réservoir d’air comprimé faisant partie desgroupes IV ou VII est utilisé, il faut ouvrir un cahier contenantle récapitulatif détaillé des contrôles périodiques etéventuellement des essais extraordinaires effectués par lesexperts. Les certificats délivrés par les experts lors del’inspection initiale et de l’inspection finale, ainsi que lesdocuments correspondants (croquis, attestations sur lesmatériaux et traitement thermique), doivent accompagner lecahier ou le dossier de contrôle.

9.1.6.7 Extraits suplémentaires de la

directive relative aux réservoirs

d’air comprimé

9.1.6.6 Types d’inspections

147


9.1.7 Accessoires nécessaires sur le


Le réservoir d’air comprimé ne se compose pas uniquement duréservoir en acier. Un certain nombre d’accessoires detuyauterie sont nécessaires pour assurer son fonctionnementet garantir la sécurité exigée.

– PressostatIl permet de commander le compresseur.

– Soupape anti-retourIl faut toujours installer une soupape anti-retour dans laconduite d’alimentation reliant le compresseur au réservoird’air comprimé. Sur les compresseurs à pistons, elle permetd’éviter le refoulement de l’air comprimé dans le compresseurlors des arrêts. Sur les compresseurs à vis, la soupapeanti-retour est intégrée dans le système.

– Soupape de sécuritéL’installation d’une soupape de sécurité sur le réservoir d’aircomprimé est prescrite par la loi. Lorsque la pressionintérieure du réservoir p

R (pression réseau) excède la pression

nominale de 10%, la soupape de sécurité est ouverte pourévacuer la surpression.

– Bride de contrôleLe service technique raccorde un manomètre étalonné surla bride de contrôle.

– ManomètreLe manomètre indique la pression qui règne à l’intérieur duréservoir.

– Robinet de fermeture à boisseauCe robinet isole le réservoir d’air comprimé du réseau d’aircomprimé ou du compresseur.

– Evacuation du condensatDu condensat se produit dans le réservoir d’air comprimé. Ilfaut donc qu’une ouverture appropriée soit disponible pourl’évacuer.

– Ouverture de contrôleL’ouverture de contrôle peut se présenter sous la forme d’unmanchon, d’une bride à trou d’homme ou d’un regard devisite. Elle permet de vérifier et de nettoyer l’intérieur duréservoir. La taille minimum de l’ouverture d’inspection estprescrite par la loi.

– Tuyau haute pressionLe tuyau souple à haute pression relie le réservoir d’aircomprimé au compresseur. Il est utilisé à la place d’un tuyaurigide pour que les éventuelles vibrations produites par lecompresseur ne soient pas transmises au réseau d’aircomprimé, ou pour compenser les écarts de mesure lors duraccordement au réseau d’air comprimé.

Le pressostat, le tuyau souple haute pression et la soupapeantiretour ne sont pas des accessoires typiques aux réservoirsd’air comprimé. Il est cependant judicieux de les monter sur leréservoir.

1

27

4

6

5

8

3

1 = Pressostat2 = Soupape anti-retour ou

robinet d’arrêt à boisseau3 = Soupape de sécurité4 = Bride de contrôle5 = Manomètre6 = Robinet d’arrêt à boisseau7 = Evacuation du condensat8 = Support des accessoires de

tuyauterie9 = Ouverture de contrôle10 = Tuyau haute pression

9

10

Figure 9.4 :Réservoir d’air comprimé et accessoires detuyauterie

148


9.1.7.1 Soupape de sécurité L’installation d’une soupape de sécurité sur le réservoir d’aircomprimé est prescrite par la loi.

Lorsque la pression pR (pression réseau) qui règne à l’intérieur

du réservoir atteind la pression de service maximale du réservoird’air comprimé (par ex. pression maximale du compresseur de10 bar, pression de service du réservoir 11 bar), la soupape desécurité doit s’ouvrir lentement.

Dès que la pression du réseau atteint 1,1 fois la pression nomi-nale (par ex. pression du réservoir 11 bar, soupape de sécurité12,1 bar), la soupape de sécurité doit s’ouvrir entièrement etévacuer la pression. Il faut s’assurer que la section de l’orificed’évacuation de la soupape de sécurité soit dimensionnée demanière à ce que le débit complet de tous les compresseursraccordés puisse être évacué sans que la pression continue àmonter dans le réservoir.

Le nombre de compresseurs augmente si un réseau d’aircomprimé existant est agrandi ultérieurement. Dans ce cas, ilne faut pas omettre de modifier la soupape de sécurité enconséquence. Si la soupape de sécurité n’est plus en mesured’évacuer le débit total des compresseurs, la pression de serviceaugmente dans le réservoir d’air comprimé. Dans le pire descas, le réservoir d’air comprimé explosera.

Inspection de sécurité

Il est nécessaire de vérifier si la soupape de sécurité est biendimensionnée lorsqu’une station de compresseurs est agrandie.

Le réservoir d’air comprimé est coupé du secteur. Lesmanomètres sont pontés de manière à ce que les compresseursne puissent plus être arrêtés automatiquement.

La pression du réservoir monte jusqu’à ce que la soupape desécurité se déclenche. Il ne faut pas que la pression du réservoirdépasse 1,1 fois la valeur limite (par ex. pression du réservoirde 11 bar, soupape de sécurité de 12,1 bar). Si cela se produit,la soupape de sécurité présente des dimensions insuffisanteset doit être remplacée.

Figure 9.5 :Soupape de sécurité sur la cuve mixte aircomprimé/huile d’un compresseur à vis lubrifié parinjection d’huile

Figure 9.6 :Symbole de la soupape de sécurité

149

Le réseau de distribution

9.2 Le réseau de distribution Un système d’alimentation en air comprimé central nécessiteun réseau de distribution qui soit en mesure d’alimenter lesdifférents consommateurs en air comprimé. Le réseau doitremplir certaines conditions pour garantir le fonctionnementfiable et économique des consommateurs :

– Débit suffisantChaque consommateur du réseau de distribution doit dis-poser à tout moment de la quantité d’air nécessaire à sonfonctionnement.

– Pression de travail suffisanteLa pression de travail nécessaire au fonctionnement desconsommateurs du réseau doit être disponible à tout moment.

– Qualité de l’air compriméLa qualité d’air requise doit être fournie à tout instant àchacun des consommateurs du réseau.

– Faible chute de pressionLa chute de pression dans le réseau de distribution doitrester aussi faible que possible pour des raisonséconomiques.

– Sécurité de fonctionnementL’alimentation en air comprimé doit être assurée avec leplus de sécurité possible. Il ne faut pas que tout le réseausoit immobilisé si une conduite se rompt, lors des opérationsde répartions ou de maintenance.

– Prescriptions de sécuritéLes prescriptions de sécurité en vigueur sur le sited’exploitation doivent être respectées afin d’éviter lesaccidents et les demandes de recours qui en résulteraient.

Un réseau de distribution se compose de plusieurs sections detuyaux. Il est ainsi possible d’établir une liaison optimale entrele compresseur et les consommateurs.

La conduite principale raccorde la station de compresseurs ausystème de traitement de l’air et au réservoir d’air comprimé.Les conduites de distribution sont raccordées à la conduiteprincipale. Cette dernière est dimensionnée de manière à ceque le débit total de la station de compresseurs puisse êtredélivré, aujourd’hui et demain, avec un minimum de chutes depression.

La chute de pression ∆∆∆∆∆p dans la conduite principale ne devraitpas excéder 0,04 bar.

9.2.1 Structure du réseau de distribution

9.2.1.1 La conduite principale

Figure 9.7 :Conduite principale d’un réseau d’air comprimé

Réservoir d’air

Compresseur

Sécheur

Evacuateurdecondensat

Conduiteprincipale

150


Les conduites de distribution sont posées dans toute l’entrepriseet transportent l’air comprimé à proximité des consommateurs.Elles devraient si possible se présenter sous la forme d’uneconduite périphérique, qui permet d’accroître le rendement etla sécurité de fonctionnement du réseau de distribution.

La chute de pression ∆∆∆∆∆p dans les conduites de distribution nedevrait pas excéder 0,03 bar.

Un circuit périphérique forme un anneau de distribution fermé. Ilest possible d’isoler différentes sections du réseau de conduitessans interrompre l’alimentation en air comprimé d’autres zones.L’alimentation en air comprimé de la majorité desconsommateurs est assurée, même dans le cas de travaux demaintenance, de réparations ou d’extensions.

Lorsque l’alimentation en air comprimé est assurée par unedistribution périphérique, la distance parcourue par l’air compriméest moins importante que dans le cas des conduites dedérivation. La chute de pression ∆∆∆∆∆p est ainsi limitée. Un réseaupériphérique permet d’utiliser deux fois moins de tuyaux et dediviser le débit par deux.

9.2.1.2 Le circuit de distribution -

tuyauterie périphérique

Figure 9.8 :Alimentation en air comprimé via un circuitpériphérique

1 = Compresseur2 = Soupape d’arrêt3 = Réservoir d’air comprimé4 = Evacuateur de condensat5 = Soupape de sécurité6 = Sécheur d’air comprimé7 = Raccordements d’air comprimé

1

3 5

6

2

4

7

Conduiteprincipale

Circuitpériphérique

Conduite deraccordement

151


Le circuit de distribution est posé dans toute l’entreprise ettransporte l’air comprimé à proximité des consommateurs. Ilpeut se présenter sous la forme de tuyauteries en dérivation.

La chute de pression ∆∆∆∆∆p dans les conduites de distribution dedevrait pas excéder 0,03 bar.

Les tuyauteries en dérivation partent du circuit de distributionou principal et débouchent sur le consommateur. Lesconsommateurs situés à l’écart des autres peuvent être ainsialimentés. Il est également possible de réaliser l’ensemble dela distribution avec des tuyauteries en dérivation. L’avantage decette solution réside dans l’économie de matériau par rapportaux circuits périphériques. Elle a cependant le désavantage deprésenter des dimensions plus importantes que celles de ladistribution périphérique et d’être souvent sujette à des pertesde pression substancielles. Les tuyauteries en dérivation doiventtoujours être séparées du réseau par une soupape d’arrêt. Cecisimplifie les réparations, la maintenance et autres travaux.

Les conduites de raccordement partent des conduites dedistribution et alimentent les consommateurs en air comprimé.Ces derniers exigeant diverses pressions, il faut généralementinstaller une unité de maintenance dotée d’un régulateur depression. La pression du réseau est réduite à la pression detravail du consommateur grâce au régulateur de pression. Lesunités de maintenance (filtre, séparateur, régulateur et huileur)sont inutiles si l’air comprimé est traité.

La chute de pression ∆∆∆∆∆p dans les conduites de raccordementne devrait pas excéder 0,03 bar.

Remarque : les tuyaux DN 25 (1") sont conseillés pour lesconduites de raccordement dans les applications industrielles.Cette taille ne cause aucun désavantage du point de vue descoûts et garantit une parfaite alimentation en air dans la majoritédes cas. Les consommateurs nécessitant jusqu’à 1800 l/min.peuvent être alimentés sans pertes de pressions notablesjusqu’à une longueur de conduite atteignant 10 m.

9.2.1.4 La conduite de raccordement

9.2.1.3 Le circuit de distribution -

tuyauterie en dérivation

1 = Compresseur à vis2 = Soupape d’arrêt3 = Réservoir d’air comprimé4 = Evacuateur de condensat5 = Soupape de sécurité6 = Sécheur d’air comprimé7 = Raccords d’air comprimé

1

3 5

6

2

4

7

Conduiteprincipale

Tuyauterie endérivation

Conduite deraccordement

Figure 9.9 :Alimentation en air via une tuyauterie en dérivation

152


Les points suivants doivent être respectés lorsque plusieurscompresseurs sont raccordés à une conduite commune.

9.2.1.5 Raccordement à une conduite

commune sur les installations mul-

tiples

1 = Compresseur à vis2 = Séparateur d’eau3 = Evacuateur de condensat4 = Conduite de raccordement5 = Conduite commune

Figure 9.10 :Conduites communes

Conduite d’air comprimé et de condensat commune

1. Conduite commune avec gradient.La conduite commune doit être posée dans le sens ducourant avec un gradient de 1,5 à 2 ‰ environ.

2. Conduite de raccordement venant du haut.La conduite de raccordement doit être reliée à la conduitecommune à partir du haut.

Conduites d’air comprimé communes

3. Séparateur d’eau sur de longues conduites ascendantes.

Lorsque de longues conduites montent vers la conduitecommune, il faut installer un séparateur d’eau à drainageautomatique après le compresseur afin de récupérer lecondensat qui est refoulé.

Conduites de purge communes

Les points 1 et 2 s’appliquent aussi si des conduites depurge sont intégrées dans les conduites communes.

Dans le cas des conduites de purge communes, il fautégalement prévoir un vase d’expansion doté d’un silencieuxde purge.

3

5 4

1 2

1 = Compresseur à vis2 = Compresseur à piston3 = Conduite de raccordement4 = Conduite commune

5 = Vase d’expansion6 = Silencieux de purge7 = Séparateur huile/eau

Air comprimé Condensat

1 1

4 3

1 2

5 6

7

153


Il est conseillé de poser les conduites d’air comprimé en lignedroite. Si les angles sont indispensables, éviter les raccordscoudés ou en T. Les courbes larges et les pièces en Y sontplus favorables sur le plan du flux et occasionnent une moindrechute de pression ∆∆∆∆∆p. Il est également conseillé d’éviter lesmodifications de sections importantes en raison des grandeschutes de pression qu’elles provoquent.

Séparer les principaux réseaux de distribution en plusieurssections, dotées chacune d’une soupape d’arrêt. Il est trèsimportant de pouvoir isoler certaines parties du réseau, enparticulier pour effectuer des contrôles, des réparations ou destransformations.

Dans les grands réseaux, il sera parfois avantageux d’installerune deuxième station de compresseurs qui alimentera le réseaude distribution à partir d’une zone différente, l’air compriméparcourant ainsi de courtes distances. La chute de pression∆∆∆∆∆p est moins importante.

Les conduites principales et les grosses conduites de distributiondoivent être soudées au moyen de points en V. On évite ainsiles bords acérés et les perles de soudure à l’intérieur des tuyaux.La résistance de flux est réduite dans le tuyau et on évite toutecontrainte superflue sur les filtres et les outils par les résidusde soudure.

9.3 Planification des réseaux de distribution

9.3.1 Conseils de planification généraux

Figure 9.11 :Conditions de flux défavorables : tube en T etcoudé

Figure 9.12 :Conditions de flux favorables, tube en Y et courbe

154


L’humidité contenue dans l’air se transforme en goutelettes d’eau(condensat) suite à la compression. Si l’air comprimé n’estpas traité dans un sécheur d’air comprimé, la totalité du réseaude conduites contiendra de l’eau.

Il faut donc respecter certaines règles lorsque l’on installe leréseau afin d’éviter d’éventuelles détériorations sur lesconsommateurs d’air comprimé.

– Gradients de températureLes conduites d’air comprimé doivent être posées de manièreà ce qu’il ne puisse pas se produire de refroidissement dansl’écoulement du flux. L’air comprimé doit se réchaufferlentement. Lorsque l’on est en présence d’une humiditéabsolue constante, l’humidité relative baisse. Le condensatne peut plus se former.

– Conduites avec penteLes conduites doivent être posées dans le sens du flux avecune pente de 1,5 à 2 ‰ environ. L’eau condensée dans lesconduites s’écoule ainsi vers le point le plus bas du réseau.

– Conduite principale verticaleLa conduite principale qui se trouve directement derrière leréservoir d’air comprimé devrait s’élever verticalement. Lecondensat qui se forme lors du refroidissement peut ainsirevenir dans le réservoir d’air comprimé.

– Evacuateur de condensatIl faut installer des évacuateurs de condensat à l’endroit leplus bas du réservoir d’air comprimé afin d’évacuer lecondensat.

– Conduites de raccordementLes conduites de raccordement doivent être poséesverticalement dans le sens du flux. Le tuyau doit rester aussidroit que possible afin d’éviter les pertes de charge inutiles.

– Accessoires de tuyauterieIl est conseillé de toujours disposer d’un ensembled’accessoires comprenant un filtre, un séparateur d’eau etun réducteur de pression. Selon le cas d’application, il faudraégalement prévoir un huileur d’air comprimé.

9.3.2 Réseau de distribution

sans sécheur d’air comprimé

Conduites présentant une pentede 1,5 à 2 %

Figure 9.13 :Exemple de pose correcte d’un réseau dedistribution

mal

bien

155


9.3.3 Réseau d’air comprimé

avec sécheur d’air comprimé

Il est possible de se dispenser des mesures à prendre pour lecondensat dans le réseau lorsqu’un sécheur d’air comprimééquipé du filtre approprié est installé dans le réseau d’aircomprimé.

– ConduitesIl est possible de monter les conduites horizontalement,car il ne se forme pratiquement pas d’eau dans le réseaud’air comprimé. Il est inutile de prendre des mesuresspéciales relatives à la pose des conduites.

– Evacuateur de condensatLes évacuateurs de condensat sont montés uniquement surles filtres, le réservoir d’air comprimé et le sécheur d’aircomprimé.

– Conduites de raccordementLes conduites de raccordement peuvent être raccordéesverticalement vers le bas au moyen de raccords en T.

– Accessoires de tuyauterieIl suffit d’installer des réducteurs de pression sur lesconsommateurs. Il faudra également prévoir un huileur d’aircomprimé selon le cas d’application.

L’installation du réseau d’air comprimé devient ainsi bien moinsonéreuse. L’économie réalisée justifie souvent l’acquisition d’unsécheur d’air comprimé.

156


9.4 Chute de pression ∆∆∆∆∆p Toute conduite d’air comprimé oppose une résistance à l’aircomprimé. Cette résistance est le frottement interne qui seproduit lors du passage d’un produit liquide ou gazeux. Ellerésulte de l’effet dynamique entre les molécules (viscosité) duproduit entre elles et les parois de la conduite. Cet effet provoqueune perte de pression dans les conduites.

Indépendamment du frottement interne, le type de flux influencela chute de pression dans les conduites. Le déplacement del’air peut intervenir de différentes manières.

Flux laminaire

Le flux laminaire est un courant en couches régulier. Lesmolécules contenues dans l’air comprimé se déplacent encouches parallèles, les unes par rapport aux autres. Ce typede flux présente deux propriétés principales :

– faible chute de pression

– faible transfert de chaleur

Flux turbulent

Le flux turbulent est un courant tourbillonnaire irrégulier. Desdéplacements additionnels sans cesse changeants sesuperposent constamment sur tous les points du courant axi-al. Un petit tourbillon se forme sous l’action mutuelle des voiesde courant. Ce type de flux présente deux propriétés principales:

– chute de pression élevée

– transfert de chaleur important

Le nombre de Reynolds Re permet de définir le type de flux. Ilreprésente le critère du flux laminaire et turbulent. Le nombrede Reynolds Re est influencé par différents facteurs :

– viscosité cinématique de l’air comprimé

– vitesse moyenne de l’air comprimé

– diamètre intérieur du tuyau

Dans un tuyau, le flux reste laminaire jusqu’à ce que le nombrede Reynolds critique Re

crit soit dépassé. Le flux passe alors

dans un état turbulent irrégulier.

Remarque

Normalement, les grandes vitesses de flux provoquant ledépassement de Re

crit ne se produisent pas dans un réseau

d’air comprimé. Le flux dominant dans le réseau est laminaire.Un flux turbulent se produit uniquement aux endroits où l’onobserve des perturbations de courant massives.

La vitesse de flux de l’air comprimé dans les conduites estnormalement de 2 à 3 m/s, et ne doit pas excéder 20 m/s, caril se produit sinon des bruits de courant et un flux turbulent.

9.4.1 Type de flux

Figure 9.14 :Développement du courant et de la vitesse dansun flux laminaire

9.4.2 Nombre de Reynolds Re

Figure 9.15 :Représentation du courant et de la vitesse dans unflux turbulent

vmax

vmax

157


L’importance de la chute de pression est influencée par différentsfacteurs et diverses circonstances inhérentes au réseau d’aircomprimé :

– longueur de tuyau

– diamètre intérieur du tuyau

– pression dans le réseau de distribution

– branchements et coudes

– étranglements et évasements

– soupapes

– accessoires de tuyauterie et raccords

– filtres et sécheurs

– points de fuites

– qualité de surface des conduites

Il faut tenir compte de ces facteurs lorsque les réseaux d’aircomprimés sont planifiés, d’importantes pertes de pressionpouvant sinon se produire.

Figure 9.16 :Chute de pression dans un réseau

Courb

e 2

D

Courb

e 3

D

Tube e

n T

Réduct

eur

Dér

ivat

ion

Eva

sem

ent

Ra

cco

rd à

bri

de

Fuite

s

Sou

pape

Pre

ssio

n[

bar

]

Longueur [ m ]

Chute de pression

Toute modification dans la pose de la conduite gène le flux del’air comprimé à l’intérieur de la conduite. Le flux laminaire estperturbé et on constate une importante perte de pression.

9.4.3 Chutes de pression dans un réseau

158


9.5 Dimensionnement

des conduites

Une importance capitale doit être accordée au bondimensionnement des conduites d’un réseau, dans un intérêtpurement économique. Les sections de conduites trop faiblesprovoquent des pertes de pression élevées. Ces pertes depression doivent être compensées par une compression plusélevée afin de garantir les performances des consommateurs.

Les facteurs principaux qui influencent le diamètre intérieur detuyau optimal d

i sont les suivants :

– débit DLe passage d’air maximum est considéré pour déterminerle d

i. Une perte de pression élevée se fera ressentir davantage

lorsque les besoins en air sont au maximum.

– Longueur des conduitesLa longueur des conduites doit être déterminée aussiprécisément que possible. Les accessoires de tuyauterieet les coudes de tuyaux sont inévitables dans un réseauxde conduites. Il faut en tenir compte en planifiant une longueurde tuyau équivalente dans le calcul de la longueur totaledes conduites.

– Pression de serviceOn part de la pression de déclenchement du compresseurp

max pour déterminer le d

i. Lorsque la pression est au

maximum, la chute de pression ∆∆∆∆∆p est aussi au maximum.

La chute de pression ∆∆∆∆∆p dans un réseau de conduitesdéveloppant une pression maximale p

max de 8 bar

s ou plus ne

devrait pas descendre en dessous d’un certain niveau sur sonchemin jusqu’au consommateur :

– réseau de conduites ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,1 bar

Les valeurs suivantes sont conseillées pour les différentessections du réseau de conduites :

– conduite principale ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,04 bar

– conduite de distribution ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,04 bar

– conduite de raccordement ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,03 bar

Dans le cas des réseaux de conduites fournissant des pressionsmaximales moindres (par ex. 3 bar

s), une perte de pression de

0,1 bar représente une perte de pression bien plus élevée quedans un réseau de conduites de 8 bar

s. Une valeur différente

est conseillée dans ce cas pour le réseau de conduites dansson ensemble :

– réseau de conduites ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 1,5 % pmax

9.5.1 Chute de pression maximale ∆∆∆∆∆p

159


9.5.2 Diamètre nominal des conduites -

comparaison [DN – pouces]

Les tuyaux filetés de poids moyen en acier de constructionuniversel ( DIN 17100 ), tels que ceux fréquemment utilisés pourles réseaux de conduites, sont conformes à la norme DIN 2440.Cette norme prescrit certains étagements du diamètre nominalinterne d

i et différentes nomenclatures. C’est la raison pour

laquelle les accessoires de tuyauterie et les tuyaux ne sontdisponibles que dans les tailles correspondantes.

Les étagements de diamètres nominaux sont égalementapplicables pour d’autres matériaux et standards de tuyaux.

Il est impératif de respecter les diamètres nominaux normaliséslors du dimensionnement des conduites. D’autres diamètresnominaux sont réalisés uniquement sur demande et sont doncparticulièrement onéreux.

Le tableau ci-dessous présente les diamètres nominauxnormalisés en DN (Diamètre Nominal) en mm et en pouces, etles valeurs limites les plus importantes pour les tuyauxconformes à la norme DIN 2440 :

Diamètre nominal du Diamètre Diamètre Section Epaisseur de

tuyau selon DIN 2440 extérieur intérieur intérieure paroi

[pouces] [DN] [mm] [mm] [cm²] [mm]

1/8" 6 10,2 6,2 0,30 2,00

1/4" 8 13,5 8,8 0,61 2,35

3/8" 10 17,2 12,5 1,22 2,35

1/2" 15 21,3 16,0 2,00 2,65

3/4" 20 26,9 21,6 3,67 2,65

1" 25 33,7 27,2 5,82 3,25

1 1/4" 32 42,4 35,9 10,15 3,25

1 1/2" 40 48,3 41,8 13,80 3,25

2" 50 60,3 53,0 22,10 3,65

2 1/2" 65 76,1 68,8 37,20 3,65

3" 80 88,9 80,8 50,70 4,05

4" 100 114,3 105,3 87,00 4,50

5" 125 139,7 130,0 133,50 4,85

6" 150 165,1 155,4 190,00 4,85

160


9.5.2 Longueur de tuyau équivalente Un des facteurs essentiels utilisés pour dimensionner lediamètre intérieur de tuyau d

i est la longueur du tuyau. Les

conduites ne se composent pas uniquement de tuyauxrectilignes dont la résistance au courant peut être calculéerapidement. Les coudes de tuyaux, les soupapes et autresaccessoires de tuyauterie augmentent sensiblement larésistance du flux dans les conduites. Il est donc indispensablede déterminer la longueur de tuyau L en tenant compte desaccessoires de tuyauterie et des coudes de tuyaux.

Pour simplifier, les résistances au flux des différents accessoiresde tuyauterie et des coudes de tuyaux sont converties enlongueurs de tuyaux équivalentes.

Le tableau ci-dessous indique la longueur de tuyau équivalenteen fonction du diamètre nominal du tuyau et de l’accessoire detuyauterie :

Ces valeurs doivent être ajoutées à la longueur de tuyau réelleafin d’obtenir la longueur de tuyau L effective.

Remarque

Lorsque l’on commence à planifier un réseau de distribution, iln’existe généralement aucune information complète sur lesaccessoires de tuyauterie et les coudes de tuyaux. Pour cetteraison, on calcule la longueur de tuyau L réelle en multipliant lalongueur de tuyau rectiligne par 1,6.

Accessoires de tuyauterie Longueur de tuyau équivalente [m]

Diamètre nominal des tuyaux et accessoires [DN]

DN 25 DN 40 DN 50 DN 80 DN 100 DN 125 DN 150

Soupape d’arrêt 8 10 15 25 30 50 60

Soupape à diaphragme 1,2 2,0 3,0 4,5 6 8 10

Coulisseau d’arrêt 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2,0 2,5

Coude de 90° 1,5 2,5 3,5 5 7 10 15

Arc de 90° R = d 0,3 0,5 0,6 1,0 1,5 2,0 2,5

Arc de 90° R = 2d 0,15 0,25 0,3 0,5 0,8 1,0 1,5

Pièce en T 2 3 4 7 10 15 20

Réducteur D = 2d 0,5 0,7 1,0 2,0 2,5 3,5 4,0

161


9.5.3 Calcul du diamètre intérieur

du tuyau di

Le dimensionnement du diamètre intérieur de tuyau peut êtrecalculé approximativement au moyen de la formule ci-dessous. Elle est basée sur la pression de service maximalep

max (pression d’arrêt du compresseur), le volume débité

maximum D (débit nécessaire DN) et la longueur de tuyau L.

∆∆∆∆∆p représente la perte de pression que l’on cherche à obtenir.

di

= Diamètre intérieur de la conduite [m]

D = Débit total [m³/s]

L = Longueur de tuyau réelle [m]

∆p = Perte de pression à obtenir [bar]

pmax

= Pression d’arrêt du compreseur [barabs

]

Exemple

Le diamètre intérieur de tuyau di d’une conduite de

raccordement d’air comprimé, pour laquelle on souhaiteobtenir une perte de pression ∆∆∆∆∆p 0,1 bar, doit être calculéau moyen de la formule d’approximation. La pression deservice maximale p

max (pression d’arrêt du compresseur) est

de 8 barabs

. Un débit D de 2 m³/min. s’écoule dans uneconduite de 200 m env.

Le diamètre intérieur des tuyaux fait l’objet d’une normalisationde tailles. On trouve rarement un diamètre nominal quicorresponde exactement au diamètre intérieur calculé. Dansce cas, on choisit le diamètre nominal normalisé qui s’enrapproche le plus.

D = 2 m³/min. = 0,033 m³/s

L = 200 m

∆p = 0,1 bar

pmax

= 8 barabs

1,6 × × × × × 103 ××××× D 1,85 ××××× Ld

i= ——————————

1010 × ∆× ∆× ∆× ∆× ∆p ××××× pmax

5

1,6 × × × × × 103 ××××× 0,0331,85 ××××× 200d

i= ————————————

1010 × × × × × 0,1 ××××× 8

di

= 0,037 m = 37 mm

Diamètre nominal choisi : DN 40

5

162


9.5.4 Calcul graphique du diamètre

intérieur du tuyau di

Le diamètre intérieur du tuyau di peut être calculé de manière

simple et rapide en utilisant un graphique coté. Les facteursd’influence essentiels restent les mêmes, que l’on utilise laméthode de calcul ou la méthode graphique.

La lecture commence à l’intersection entre le débit D et lapression de service p

max. On suit ensuite les lignes imprimées

en gras dans le sens de la flèche sur l’exemple.

Exemple

Débit D = 2 m³/min.

Longueur de tuyau réelle L = 200 m

Chute de pression ∆p = 0,1 bar

Pression de service pmax

= 8 barabs

Diamètre intérieur de tuyau di

= 38 mm env.

Le diamètre nominal de tuyau sera DN 40

Longueur du tuyau L [m]

Dia

mètr

e in

téri

eu

r d

u tu

yau

di [m

m]

Dé

bit

D [

m³/

min

]

Chute de pression ∆∆∆∆∆p dans le tuyau [bar] Press. de service pmax

[barabs

]

163


9.5.5 Calcul du diamètre intérieur

du tuyau diau moyen d’un

diagramme en colonnes

La troisième méthode, qui est également la plus simple, utiliséepour déterminer le diamètre intérieur du tuyau d

i est le

diagramme en colonnes. Cette méthode présente cependantdes possibilités très limitées. Le diagramme en colonnes nepeut être employé que si deux conditions sont remplies :

– pression maximale pmax

dans le réseau de 8 bars.

– chute de pression souhaitée ∆∆∆∆∆p de 0,1 bar.

L’utilisation du diagramme en colonnes est des plus simples.

On note le débit maximum D défini et la longueur de tuyauréelle et on se reporte à la ligne ou à la colonne correspondantedans le diagramme. A l’intersection, on peut lire le diamètrenominal de tuyau correspondant.

Exemple

Chute de pression ∆p = 0,1 bar

Pression de service pmax

= 8 bars

Longueur de tuyau réelle L = 200 m

Débit D = 2000 l/min.

Le diamètre nominal du tuyau sera DN 40

164


9.6 Matériaux utilisés pour

réaliser les conduites

Les conduites qui constituent un réseau sont généralement enacier, en métal non ferreux ou en plastique. Il faut qu’ellesremplissent différents critères, qui limitent le choix des matériauxpour certaines applications.

– Protection contre la corrosionLa question de la résistance à la corrosion est de premierordre si l’air comprimé n’est pas séché dans un dispositifde traitement. Il ne faut pas que les tuyaux rouillent avec letemps.

– Température de service maximaleCertains matériaux manquent de résistance à hautestempératures et deviennent poreux à basses températures.

– Pression de service maximaleLa pression de service maximale baisse lorsque la contraintethermique augmente.

– Faible chute de pressionUne grande qualité de surface à l’intérieur du tuyau permetde limiter les pertes de pression.

– Montage économiqueLes frais de montage peuvent être réduits grâce à un grandnombre de pièces moulées, un montage rapide et simple etdes matériaux bon marché.

Les tuyaux filetés selon DIN 2440, DIN 2441 et DIN 2442 (modèlesmi-lourds et lourds) en acier sont des matériaux courants dansles réseaux de conduites d’air comprimé. Ils sontparticulièrement utilisés pour les conduites de distribution etde raccordement de petites et moyennes dimensions. Lestuyaux filetés sont toujours utilisés lorsque les exigencesposées à l’air comprimé sont très élevées. Ils sont disponiblesen métal noir et galvanisé.

– Dimensions DN 6 - DN 150

– Pression de service admissible max. 10 à 80 bars

– Température de service maximale 120°C

Avantages

Les tuyaux filetés se caractérisent par un montage bon marchéet rapide. Un grand nombre de pièces préfabriquées etd’accessoires de tuyauterie sont disponibles à peu de frais.Les raccords peuvent être ré-utilisés après avoir été démontés.

Désavantages

Les tuyaux filetés présentent une résistance au flux plus élevéeet les raccords ont tendance à fuir avec le temps. La poseexige l’intervention d’un installateur expérimenté. Les tuyauxfiletés non galvanisés ne doivent pas être utilisés dans lesréseaux dépourvus de système de séchage de l’air, car ilsrouillent.

9.6.1 Tuyaux filetés

165


9.6.2 Tuyau en acier sans soudure Les tuyaux en acier doux sans soudure selon DIN 2448 sontprincipalement utilisés pour les conduites principales et dedistribution présentant des diamètres moyens ou gros. Ils sontdisponibles en noir et galvanisés.

– Dimensions 10,2 à 558,8 mm

– Pression de service admissible max. 12,5 à 25 barx


Avantages

Les tuyaux en acier doux sont disponibles dans des taillesatteignant 558,8 mm. Ils sont parfaitement étanches à l’air s’ilssont installés correctement. Les fuites sont ainsi pratiquementexclues. Les tuyaux sont bon marché, il existe un grand nombrede pièce préfabriquées.

Désavantages

La pose des tuyaux en acier doux sans soudure exigel’intervention d’un installateur expérimenté, car les tuyaux doiventêtre soudés ou bridés. Les tuyaux en acier doux non galvanisésne doivent pas être utilisés dans les réseaux d’air comprimédépourvus de sécheurs d’air comprimé, car ils rouillent.

Les tuyaux en acier inoxydable selon DIN 2462 et DIN 2463 nesont utilisés que dans les réseaux d’air comprimé qui doiventdélivrer un air d’excellente qualité. Ils sont souvent employésdans les sections „humides“ de réseaux conventionnels, entrele compresseur et le sécheur.

– Dimensions 6 à 273 mm

– Pression de service admissible max. 80 bars ou sup.

– Pression de service maximale 120°C

Avantages

Les tuyaux en acier inoxydable résistent parfaitement à lacorrosion et présentent une faible résistance au flux (faible chutede pression). Ils sont absolument étanches à l’air s’ils sontinstallés correctement. Les fuites sont ainsi pratiquementexclues.

Désavantages

La pose des tuyaux en acier inoxydable exige l’interventiond’un installateur expérimenté, car les tuyaux doivent être soudésou bridés. Les tuyaux sont très chers, il existe peu de piècespréfabriquées.

9.6.3 Tuyaux en acier inoxydable

166


9.6.4 Tuyaux en cuivre Les tuyaux en cuivre selon DIN 1786 et DIN 1754 sont utiliséspour les conduites de contrôle et de réglage de petites etmoyennes dimensions. Les tuyaux sans soudure sont disponi-bles en modèles durs, semi-durs et tendres.

– Dimensions tendres 6 à 22 mmsemi-durs 6 à 54 mm

durs 54 à 131 mm

– Pression de service admissible max. 16 à 140 bars


Avantages

Les tuyaux en cuivre sont disponibles en grandes longueurs,ils peuvent être pliés et travaillés facilement dans le cas depetits diamètres. On peut ainsi poser des sections plusimportantes dans un réseau d’un seul tenant. Le nombre deraccords est réduit, le risque de fuites également.

Les tuyaux en cuivre résistent à la corrosion. Ils accusent unechute de pression moins importante en raison de leur paroisintérieures plus lisses.

Désavantages

Les tuyaux en cuivre doivent être posés par un installateurexpérimenté car les tuyaux sont généralement soudés avecdes robinetteries. Les raccords ne peuvent plus être démontés.

Le matériau est cher, mais de nombreuses pièces préfabriquéessont disponibles, car les tuyaux en cuivre sont égalementutilisés dans le domaine du sanitaire.

Il faut tenir compte de l’expansion thermique du cuivre dans lecas des conduites de grandes dimensions. Le coefficient dedilatation thermique est plus important que celui de l’acier.

Lorsque l’air comprimé est humide, les particules de cuivrepeuvent provoquer la production locale d’éléments galvaniquesdans les tuyaux qui les suivent. Des piqûres de corrosion enrésultent, il peut également arriver qu’il se forme du vitriol decuivre.

167


9.6.5 Tuyaux en matières synthétiques Plusieurs fabricants commercialisent des tuyaux en matièressynthétiques constitués de différents matériaux pour lessystèmes de tuyauteries. Il existe également des tuyaux enpolyamide, qui supportent des pressions importantes, et destuyaux en polyéthylène, prévus pour les sections de grandesdimensions. On dispose donc de tuyaux en plastique appropriésà presque tous les domaines d’applications et proposant lespropriétés correspondantes. Il est par conséquent difficile defournir des informations présentant un caractère général surles dimensions, la pression et la température de service.

Avantages

Tous les types de revêtements de protection sont inutiles, carles tuyaux en plastique ne rouillent pas. Leur poids, 85% plusléger que l’acier, simplifie le montage et les supports de tuyauxsont meilleur marché.

La surface intérieure est très lisse. La résistance au flux estfaible (faible chute de pression) et les dépôts tels que le calcaire,la rouille et la calamine n’ont aucune chance de s’incruster.Les tuyaux en plastique sont généralement inoffensifs sur leplan toxique et hygiénique.

Il existe un grand nombre de pièces préfabriquées etd’accessoires pour les tuyauteries en matières synthétiques,en PVC ou en matériaux similaires. Le montage est très sim-ple. Les éléments de tuyaux sont emboîtés les uns dans lesautres et isolés au moyen d’une colle spéciale. Il n’est pasutile de posséder de connaissances particulières pour effectuerle montage. Les pertes de pression et les fuites sontgénéralement très faibles dans les conduites en matièressynthétiques.

Désavantages

Les tuyauteries en PVC bon marché acceptent une pressionde service maximale de 12,5 bar à 25°C. Il faut particulièrementtenir compte du fait que, dans le cas de ces tuyaux, la pressionde service maximale diminue grandement lorsque la températureaugmente. Il est donc déconseillé de les installer dans les zoneschaudes d’une station de compresseurs, il faut aussi les protégercontre les rayons du soleil.

Les tuyaux en matières synthétiques ont un coefficient dedilatation thermique important, mais leur résistance mécaniquen’est pas particulièrement élevée.

Tous les plastiques ne résistent pas à certains condensats ettypes d’huiles. Il faut donc vérifier auparavant la composition ducondensat dans le réseau d’air comprimé.

Les tuyaux en matières synthétiques pour hautes pressionsou de grand diamètre ne sont pas fabriqués en grandesquantités. Ils sont donc onéreux et le nombre de piècespréfabriquées est restreint. Il faut faire appel à un soudeur deplastiques expérimenté pour réaliser le montage de ces tuyaux.

Figure 9.17:Exemple de pièces et accessoires de tuyauterieen matière synthétique

168


9.7 Marquage des conduites Les conduites de tuyaux doivent être identifiées clairement enfonction du type de produit qu’elles transportent, conformémentà la législation en vigueur et à la norme DIN 2403. Uneidentification claire simplifie également l’entretien, la planificationdes extensions et la lutte contre les incendies.

L’identification a pour but d’attirer l’attention sur les dangers,afin d’éviter les accidents et les préjudices physiques. De plus,une identification correcte permet de repérer plus facilementles conduites dans le cas de réseaux compliqués. C’est laraison pour laquelle il faut également toujours indiquer le sensdu courant du produit.

La norme DIN 2403 définit les critères d’identification, composésde groupes de chiffres et de couleurs.

Produit Identificateur Couleur Code de couleur

de groupe

Air 3 gris RAL 7001

Eau 1 vert RAL 6018

Liquide combustible 8 marron RAL 8001

Gaz 4/5 jaune RAL 1013

Vapeur d’eau 2 rouge RAL 3003

Acide 6 orange RAL 2000

Lessive 7 violet RAL 4001

Oxygène 0 bleu RAL 5015

Les marquages en couleur et les textes doivent figurer à desendroits précis :

– marquage au début de la conduite

– marquage à la fin de la conduite

– marquage aux embranchements

– marquage aux passages de murs

– marquage sur les accessoires et les distributeurs

– identification en couleur sur le parcours de la conduite aumoyen d’anneaux de couleur ou de bandes peintes surtoute sa longueur

Panneaux d’identification

Sens du courant

Couleur correspondant au code de couleur du produit

Numéro de sous-groupe (différents réseaux de conduites)

Numéro de groupe du produit

Figure 9.18:Panneau indicateur et texte en clair

Figure 9.19:Panneau indicateur avec identificateurs

Air comprimé

169

Le local technique du compresseur

10. Le local technique

du compresseur

10.1 Refroidissement du

compresseur

Le local dans lequel le compresseur est installé doit satisfaireà certaines conditions afin que le bon fonctionnement del’installation soit garanti. Pour pouvoir interpréter l’importanced’un emplacement bien planifié et bien réalisé, il faut savoir queprès des 2/3 de tous les dérangements de compresseursrésultent d’une mauvaise installation, d’une aération insuffisanteet d’une maintenance mal faite.

Il faut en outre respecter les règlements généraux relatifs à laprévention des accidents et à la protection de l’environnement.

Lorsque l’on planifie une station de compresseurs, il fautconsidérer qu’une grande quantité de chaleur est générée parle compresseur lors de la compression. Selon le premier principede la thermodynamique, la totalité de l’énergie électriqueconsommée par le compresseur est convertie en chaleur.

Si cette chaleur n’est pas correctement évacuée, il se produitun bouchon de chaleur dans le compresseur. Si la températurequi règne à l’intérieur du compresseur reste excessive troplongtemps, des dommages mécaniques se produiront dansl’étage du compresseur et dans le moteur d’entraînement.

L’alimentation en air ou en eau de refroidissement peut êtreréalisée de deux manières différentes.

– Refroidissement par airLe refroidissement par air est largement répandu sur tousles types de compresseurs. La ventilation du local techniquedu compresseur revêt dans ce cas une importance essenti-elle. Elle doit être étudiée et réalisée avec grand soin. Desproblèmes thermiques sont sinon préprogrammés sur lecompresseur.

– Refroidissement par eauLe refroidissement par eau peut s’avérer nécessaire sur lesgros compresseurs, lorsque le système de refroidissementpar air n’est pas en mesure d’évacuer entièrement la chaleur.Le refroidissement par eau pose des exigences moinssévères à la salle du compresseur.

Les exigences et prescriptions en vigueur pour les locauxtechniques de compresseurs refroidis par air seront traitéesdans ce chapitre. Tous les points s’appliquent également auxcompresseurs refroidis par eau, à l’exception des remarquesrelatives à la ventilation.

100 %:

électricité

absorbée dans

le réseau

4 %:

chaleur rés.

dans l’air

compr.

1 %:

dissipation

thermique

13 %:

radiateur

aux. d’air

comprimé

9 %:

échauffement

du moteur

75 %:

radiateur

d’huile

95 %

de l’énergie absorbée est

évacuée par le réfrigérant

(eau/air)

Figure 10.1 :Répartition de la chaleur dans un compresseur àvis refroidi par injection d’huile

170


10.2 Installation du compresseur Certaines conditions doivent être respectées lorsqu’uncompresseur et les éléments qui composent une station decompresseurs sont installés. Des dérangements ou des pannesse produiront si elles ne sont pas observées. Il faut en outrerespecter les règlements de prévoyance contre les accidentset les règles de protection de l’environnement.

Le local technique du compresseur doit être propre, sanspoussière, sèche et fraîche. Eviter les rayonnements directsdu soleil. Il est conseillé d’installer le local technique ducompresseur dans une pièce située au nord du bâtiment oudans une cave bien ventilée.

Ne pas installer des tuyauteries ou des matériels dégageantde la chaleur dans le local technique du compresseur. Il estnécessaire de bien les isoler si leur présence est inévitable.

Un accès aisé et un éclairage suffisant doivent être garantispour que les services techniques puissent effectuer lamaintenance et les habituels contrôles périodiques des réservoirsd’air comprimé.

Le local technique du compresseur doit toujours disposer d’uneventilation suffisante pour éviter tout dépassement destempératures ambiantes admissibles.

Les compresseurs fonctionnent de manière optimale à unetempérature ambiante de +20° à +25°C. Les températuressuivantes sont prescrites pour les compresseurs à vis :

– +5°C minimum. Lorsque la température ambiante descenden dessous de +5°C, les conduites et soupapes peuventgeler, causant des dommages sur le compresseur. Lescompresseurs à vis s’arrêtent automatiquement lorsque latempérature passe en dessous de la température finale decompression admissible.Un système de protection additionnel contre le gel autorisedes températures ambiantes de l’ordre de -10°C.

– +40°C, ou +35°C maximum pour les compresseurs à pistonsinsonorisés. Lorsque la température ambiante dépasse lavaleur maximale, il peut arriver que la température de sortiede l’air comprimé excède la valeur maximale prescrite parle législateur. La qualité de l’air comprimé se dégrade, leséléments du compresseur sont exposés à des contraintesplus élevées et les intervalles de maintenance sontraccourcis. Les compresseurs à vis s’arrêtentautomatiquement lorsque la température de compressionfinale est dépassée.

10.2.1 Remarques générales sur la

salle du compresseur

Figure 10.2 :Station de compresseur composée de 2compresseurs à vis, d’un sécheur d’air comprimépar réfrigération, d’un réservoir d’air comprimé etd’un séparateur huile/eau.

10.2.2 Température ambiante admissible

K o m p r e s s o r e n

K o m p r e s s o r e n

171


Les règles suivantes sont appliquées pour les locaux abritantles compresseurs refroidis par injection d’huile.

– Le local doit être équipé d’une protection spéciale contreles incendies s’il abrite un compresseur dont la puissanceexcède 40 kW .

– Les compresseurs dont la puissance dépasse 100 kW

doivent être installés dans un local protégé contre le feu.

Exigences demandées aux locaux techniques de

compresseurs protégés contre le feu :

– les murs, les plafonds et les sols doivent présenter au moinsla classe de protection incendie F30.

– ne pas stocker de produits inflammables dans le localtechnique du compresseur.

– le sol, autour du compresseur, doit être constitué d’unmatériau ignifuge.

– il ne faut pas que des fuites d’huile puissent se répandre surle sol.

– aucun matériau inflammable ne doit se trouver dans unpérimètre de trois mètres au moins autour du compresseur.

– des éléments inflammables, tels que des faisceaux decâbles ne doivent pas passer sur le compresseur.

L’air aspiré contient de l’eau sous forme de vapeur, il s’agit ducondensat généré lors de la compression. Ce condensatcontient de l’huile qu’il est interdit de déverser dans les égoutssans traitement préalable.

Il est impératif de respecter les prescriptions de traitement deseaux usées en vigueur sur le site d’exploitation.

BOGE conseille l’ÖWAMAT pour traiter le condensat. L’eaunettoyée peut être évacuée dans le système de canalisationsurbain. L’huile, récupérée dans un réservoir, doit être remiseaux entreprises de traitement compétentes.

10.2.3 Règles de protection contre les

incendies pour les locaux

techniques des compresseurs

10.2.4 Elimination du condensat

172


Il est nécessaire d’observer certaines règles générales enmatière de ventilation lorsque l’on installe un compresseur.

– Un sol industriel sans fondation est suffisant pour installerun compresseur ou un réservoir d’air comprimé. Il estgénéralement inutile de mettre en oeuvre des éléments defixation spéciaux.

– Il est dans tous les cas conseillé de monter le compresseursur un support élastique afin d’éviter toute transmission devibrations à la fondation et une répercussion du bruit ducompresseur sur d’autres parties du bâtiment.

– Le raccordement du compresseur au réseau de conduitesdoit être réalisé au moyen d’un tuyau haute pression BOGEde 0,5 m de long environ. La transmission des vibrations ducompresseur au réseau d’air comprimé est ainsi évitée etles écarts de montage dus à la pose des conduites sontcompensés.

– Si le site d’installation est très poussiéreux, le compresseurdoit être équipé de filtres d’aspiration en papier. L’usure ducompresseur est ainsi minimisée.

– Le compresseur ne doit en aucun cas être recouvert decapots ou de boîtiers. Ces mesures provoquent toujours desproblèmes thermiques. Le capot de protection antibruitBOGE, étudié spécialement pour chaque type decompresseur, fait exception à cette règle.

Un compresseur présente un certain encombrement, dépendantde sa construction et de son type. Un espace minimum définidoit être ainsi respecté tout autour du compresseur.

– Il faut installer le compresseur de manière à ce qu’il soitparfaitement accessible pour effectuer les opérations demanutention et de maintenance.

– Pour assurer le refroidissement d’un compresseur, il fautrespecter un certain écartement entre le ventilateur ou leradiateur et le mur ou les accessoires les plus proches.L’efficacité du ventilateur ou du radiateur en souffrent sinonet le refroidissement nécessaire n’est plus garanti.

– Lorsque plusieurs compresseurs sont installés les uns àcôté des autres, l’air de refroidissement échauffé par uncompresseur ne doit pas être aspiré par un autre.

L’écartement minimum par rapport aux murs et aux appareilset accessoires voisins varie selon les types et les modèles decompresseurs. Il est spécifié dans les instructions de servicedes différents appareils.

10.2.5 Conseils d’installation du

compresseur

10.2.6 Encombrement d’un compresseur

Connex.

en air

compr.

Figure 10.3 :Encombrement d’un compresseur à vis insonoriséde type S 21 - S 30

A l i m .

en air

Aération

Face exploitation

Montage le long du murMon-

tage

e n

angle

173


10.2.7 Conditions d’installation des


Certaines règles de prévention contre les accidents doivent êtrerespectées lorsqu’un réservoir d’air comprimé est installé.

– Protéger le réservoir d’air comprimé contre tout risque dedétérioration d’origine mécanique (chute d’objets, etc.).

– Le réservoir d’air comprimé et ses équipements doiventpouvoir être commandés en toute sécurité à une distancesuffisante.

– Respecter les zones et espacements de sécurité.

– Le réservoir d’air comprimé doit reposer sur une assisestable. Il ne faut pas qu’il puisse bouger ou basculer sousl’action de forces extérieures. Le poids supplémentaire lorsde l’essai de pression devra être également considéré ! Unefondation renforcée sera éventuellement nécessaire pour lesréservoirs d’air comprimé de grandes dimensions.

– La plaque du constructeur doit être parfaitement lisible.

– Les réservoirs d’air comprimé doivent être bien protégéscontre la corrosion.

– Les réservoirs verticaux sont transportés horizontalementdans la salle des compresseurs et placés sur deux pieds. Ilfaut donc tenir compte de la diagonale du réservoir (hauteurde redressement) lorsque la hauteur du réservoir estmesurée. Si elle est inférieure à la hauteur de la pièce, leréservoir ne pourra pas être installé.

174


Un courant d’air de refroidissement VC suffisant représente une

condition essentielle pour le fonctionnement d’un compresseurrefroidi par air. La chaleur générée par le compresseur doit pouvoirêtre évacuée à tout moment de manière fiable. Il existe troispossibilités de ventilation en fonction du type et du modèle decompresseur.

– Ventilation naturelleVentilation par les entrées et les sorties d’air situées sur lesparois latérales ou au plafond, sans l’assistance d’unventilateur.

– Ventilation artificielleVentilation par les entrées et les sorties d’air situées sur lesparois latérales et au plafond, assistée d’un ventilateur.

– Canaux d’entrée et de sortie de l’airVentilation au moyen des gaines appropriées, généralementavec l’assistance d’un ventilateur aspirant.

– Sur les compresseurs refroidis par eau, la chaleur principaleest évacuée par l’eau de refroidissement. La chaleurrésiduelle (irradiée par le moteur) doit être évacuée par l’airde refroidissement.

Un compresseur génère une certaine quantité de chaleur enfonction de sa puissance. Sur les compresseurs refroidis parair, cette chaleur doit être évacuée par un courant d’air derefroidissement V

C.

L’importance du courant d’air de refroidissement VC est

influencée par plusieurs facteurs qui viennent d’ajouter à lapuissance d’entraînement du compresseur.

– Chaleur de transmissionUne partie de la chaleur générée est évacuée par les mursde la salle du compresseur (y compris les portes et lesfenêtres) sous forme de chaleur de transmission. Laconstitution des murs, du plafond, du sol, des portes et desfenêtres influencent grandement le courant d’air derefroidissement V

C.

– Température ambiantePlus la température de la salle du compresseur est élevée,plus les besoins en air de refroidissement seront importants.

– Gradient de températurePlus la différence de température ∆∆∆∆∆t entre la températureextérieure et la température intérieure est élevée, plus lesbesoins en air de refroidissement seront faibles.

– Hauteur et surface de la piècePlus les dimensions de la pièce sont importantes, plus lachaleur générée se répartit. Il en résulte une réduction desbesoins en air de refroidissement.

10.3 Ventilation de la

station de compresseurs

10.3.1 Facteurs influençant le courant

d’air de refroidissement VC d’un

compresseur

175


Pour obtenir des valeurs de courant d’air de refroidissement VC

à caractère général, les conditions marginales suivantes, quiinfluencent le volume d’air de refroidissement V

C nécessaire,

sont déterminées.

– Température ambiante 35°C = 308 K

– Gradient de température ∆∆∆∆∆t 10 K

– Epaisseur de mur 25 cmLes murs d’enceinte sont des murs en brique, homogènes,sans portes ni fenêtres.

– Hauteur et dimensions de la pièce.On considère une hauteur de murs de trois mètres, la pièceprésentant une surface inférieure à 50 m².

Les conditions marginales déterminées partent des tem-pératures de l’environnement les plus défavorables pour lecompresseur. Ces conditions étant généralement plus favoralesdans la salle du compresseur, les valeurs ainsi déterminéespeuvent donc être appliquées pour le volume d’air derefroidissement V

C.

Si le volume d’air de refroidissement conseillé VC est assuré

pour le compresseur, aucun problème thermique ne surgira.

10.3.2 Définition des facteurs influençant

le courant d’air de refroidissement

VC

d’un compresseur

176


Ce chapitre développe les conditions les plus importantesauxquelles un local renfermant un ou plusieurs compresseursrefroidis par air doit satisfaire sur le plan de la ventilation. Cesconditions se basent sur les exigences spécifiées dans la fichede spécifications VDMA 4363 „Ventilation des locauxtechniques de compresseurs refroidis par air“.

– L’air chaud monte. Pour qu’il soit possible d’obtenir unéchange de chaleur efficace, il faut que les ouvertures d’entréede l’air froid soient disposées à proximité du sol et que lesouvertures de sortie d’air se trouvent au plafond ou dans lapartie supérieure d’un mur latéral.

– Le compresseur doit être installé à proximité de l’ouvertured’entrée d’air A

inde manière à ce qu’il aspire l’air pour la

compression et l’air froid pour la ventilation directement àpartir de l’ouverture d’entrée d’air A

in .

– Le compresseur doit être installé de manière à ce qu’il nepuisse pas réaspirer l’air chaud qu’il a évacué.

– Les ouvertures ou les gaines d’aspiration du compresseurdoivent être disposées de sorte que des mélanges dangereux(par exemple des produits explosifs ou instables sur le planchimique) ne puissent pas être aspirés.

– Le volume d’air évacué par le compresseur devrait s’écoulerau-dessus du réservoir d’air comprimé (si disponible) versl’ouverture de sortie de l’air A

out. Les accessoires installés

dans le local technique du compresseur doivent être disposésen conséquence.

– Des volets réglables doivent être installés dans les ouverturesd’entrée d’air A

in L’apport d’air froid venant de l’extérieur

peut être ainsi réduit et la température ne descend pas audessous du seuil minimum en hiver. Si cette mesure n’estpas suffisante, le compresseur devra être équipé de sonpropre système de chauffage. BOGE fournit les accessoiresnécessaires pour ce faire.

– Lorsque plusieurs compresseurs sont installés dans unepièce, il faut s’assurer qu’ils ne s’influencent pasmutuellement sur le plan thermique. Si un compresseuraspire l’air évacué par un autre compresseur, unréchauffement de l’appareil en résulte. La ventilation doitcouvrir la totalité des besoins en air ventilé de tous lescompresseurs. La condition idéale consisterait à ce quechaque compresseur dispose de sa propre ouverture d’entréed’air, adaptée à sa taille.

10.3.3 Informations générales relatives

à la ventilation des locaux

techniques de compresseurs

Figure 10.4 :Disposition des ouvertures d’entrée et de sortie del’air

Entrée de l’air

par les

fenêtres

Evacuation de l’air

éventuellement

avec un ventilateur

Figure 10.5 :Local contenant trois compresseurs insonorisés

177


10.3.4 Ventilation naturelle La ventilation naturelle consiste à commander la circulation del’air par une ouverture d’entrée d’air A

in et une ouverture de sortie

d’air Aout

situées dans les parois latérales du local. L’échangede chaleur est réalisé sous l’action unique de la circulationnaturelle de l’air, car l’air chaud monte. Pour permettre uneventilation suffisante, il faut que l’ouverture d’entrée d’air se trouveaussi bas que possible en dessous de l’ouverture de sortied’air.

Cette méthode de ventilation a fait ses preuves pour lescompresseurs développant jusqu’à 22 kW. Des problèmes deventilation pourront se produire sur les petits compresseurs enfonction des conditions ambiantes qui règnent dans le localtechnique du compresseur.

Un courant d’air de refroidissement VC suffisant ne peut être

obtenu que si les ouvertures d’entrée et de sortie de l’air sontbien dimensionnées.

Les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous se basentsur les exigences énoncées dans la fiche de spécificationsVDMA 4363 „Ventilation des locaux techniques decompresseurs refroidis par air“.

10.3.4.1 Ouverture de sortie d’air

nécessaire dans le cas d’une

ventilation naturelle

Il faudrait en principe que l’ouverture d’entrée d’air Ain et de

sortie d’air Aout

soient de dimensions identiques. Le volumed’air de refroidissement doit passer par les deux ouvertures. Sil’on considère que des volets, des grilles et autres obstaclesobtruent les ouvertures d’entrée d’air, leur taille devrait être de20% supérieure à celle de l’ouverture de sortie d’air A

out. Il est

probable que la température ambiante admissible soit sinondépassée.

Remarque

Lorsque le volume d’air de refroidissement VCest défini pour la

station de compresseurs, il faut également tenir compte desbesoins en air ventilé exigés par le sécheur d’air comprimé oule sécheur par adsorption à régénération avec chaleur.

Figure 10.6 :Ventilation naturelle d’un local contenant uncompresseur à vis BOGE

Ain

Aout

V•

C

Puissance Volume d’air froid Ouvertures d’air

d’entraî- nécessaire de ventil. nécessaire

nement P VC

Ain

et Aout

[ kW ] [ m³/h ] [ m² ]

3,0 1350 0,204,0 1800 0,255,5 2270 0,307,5 3025 0,4011,0 3700 0,5015,0 4900 0,6518,5 6000 0,7522,0 7000 0,90

178


10.3.5 Ventilation artificielle Dans de nombreux cas, la ventilation naturelle du local techniquedu compresseur ne suffit pas. Le courant d’air de refroidissementest insuffisant en raison de conditions de construction et/ou dela grande puissance du compresseur installé. Dans ces cas,l’air chaud doit être évacué à l’aide d’un ventilateur.

La ventilation artificielle accélère la vitesse de flux de l’air froiddans la salle du compresseur et garantit le volume nécessairegrâce à la ventilation forcée. On obtient des réserves plusimportantes lorsque la température extérieure est élevée.L’ouverture d’entrée de l’air doit être adaptée à la puissance duventilateur.

Pour des raisons économiques, la mise en service du ou desventilateurs doit être assurée par un thermostat en fonction dela température qui règne dans la pièce. Plus la température estélevée, plus le ventilateur est sollicité.

Le volume d’air de refroidissement nécessaire VC résulte,

comme dans le cas de la ventilation naturelle, de la puissancedu compresseur installé. La chaleur générée par le compresseurdoit être évacuée de manière fiable. Le débit du ventilateur D

V

est supérieur de 15% environ à la quantité d’air de refroidissementnécessaire V

C. Une ventilation parfaite est ainsi également

assurée en plein été.

Les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous se basentsur les exigences énoncées dans la fiche de spécificationsVDMA 4363 „Ventilation des locaux techniques decompresseurs refroidis par air“.

10.3.5.1 Puissance de ventilation exigée

pour la ventilation artificielle

Figure 10.7 :Ventilation artificielle d’un local renfermant uncompresseur à vis BOGE

Ain

Ventilateur

DV

Puissance Débit de ventilateur

d’entraînement nécessaire

P DV

[ kW ] [ m³/h ]

4,0 18005,5 22707,5 302511,0 370015,0 490018,5 600022,0 700030,0 950037,0 1100045,0 1400055,0 1700065,0 2000075,0 2300090,0 28000110,0 34000132,0 40000160,0 50000200,0 62000250,0 70000

179


Dans le cas de la ventilation artificielle, l’extracteur d’airdétermine la taille de l’ouverture de sortie de l’air.

L’ouverture nécessaire pour un extracteur d’air est généralementde dimensions beaucoup plus réduites que celle nécessairepour la ventilation naturelle.

La taille de l’ouverture d’entrée d’air Ain dépend du débit du

ventilateur DV et de la vitesse maximum de l’air v

S dans

l’ouverture d’entrée.

Il est conseillé d’effectuer le calcul avec une vitesse d’air dev

S= 3 m/s . Si, pour des raisons de construction, il n’est pas

possible de réaliser des ouvertures de sortie d’air aux dimensionssouhaitées, une vitesse d’air de v

S= 5 m/s est également

admissible.

La formule suivante permet de calculer la taille minimale del’ouverture d’entrée d’air :

DV

Ain

= —————3600 ××××× v

S

m³/hm² = ———————

3600 s/h ××××× m/s

Ain

= Section min. de l’ouverture d’entrée [m³]

DV

= Débit du ventilateur [m³/h]

vS

= Vitesse maximale de l’air [m/s]

Remarque

Quand on choisit un extracteur d’air, il faut considérer que levolume d’air froid est soumis aux mêmes lois physiques quecelles qui régissent l’air comprimé. Lorsque l’air froid s’écouledans les canaux et ouvertures, la pression dynamique ∆∆∆∆∆p (pertede pression) augmente quand la vitesse du flux augmente. Unventilateur peut uniquement supporter une pression dynamiqueinférieure à sa pression superficielle. Si la pression dynamiqueest supérieure à la pression superficielle, aucun débit ne peutêtre généré.

La pression dynamique maximale est déterminée à partir de laforme et de la taille des ouvertures d’entrée et de sortie et descanaux correspondants (si disponibles). Il faut également tenircompte de la vitesse de l’air.

∆∆∆∆∆p = 100 Pa (10 mm WS) peut être adopté pour les ouverturessimples ne disposant pas de dérivations défavorables (posedes gainages).

10.3.5.2 Ouverture d’entrée d’air

nécessaire pour la ventilation

artificielle

180


Un compresseur à vis de type S 21 doit fonctionner avec unsécheur d’air comprimé par réfrigération D 27 dans un local dedimensions réduites. Les conditions de construction rendenttoute ventilation naturelle impossible. Il est nécessaire deréaliser une ventilation artificielle assurée par un ventilateur.

Compresseur à vis BOGE de type S 21

Débit réel D : 2,42 m³/min.

Puissance moteur : 15kW

Air de refroidissement nécessité DV1

: 4900 m³/h (Cf. page 178 )

Sécheur d’air comprimé par réfrigération de type D 27

Débit réel D : 2,66 m³/min.

Air de refr. nécessité DV2

: 770 m³/min. (voir fiche technique)

Il faut additionner les deux volumes d’air froid pour obtenir lapuissance de ventilateur qu’il sera nécessaire d’installer dansle local technique du compresseur.

Puissance du ventilateur DVtot

: 5670 m³/h

L’ouverture d’entrée d’air est calculée à partir de la puissancedu ventilateur D

Vtot et de la vitesse de courant maximale

vS

= 3 m/s :

10.3.5.3 Exemple de ventilation artificielle

d’une station de compresseurs

Figure 10.8 :Station de compresseurs composée d’uncompresseur à vis, d’un sécheur d’air comprimépar réfrigération et d’un réservoir d’air comprimé

Ain

= Surface min. de l’ouverture d’entrée [m³]

DVtot

= Débit du ventilateur [m³/h]

vS

= Vitesse d’air maximale [m/s]

DVtot

Ain

= —————3600 ××××× v

S

5670A

in= —————

3600 ××××× 3

Ain

= 0,525 m²

Il faudra installer un ventilateur développant 5670 m³/h dans lelocal technique du compresseur (tenir compte de la pressiondynamique des ouvertures lors du choix du ventilateur).L’ouverture d’entrée d’air A

indevra mesurer au moins 0,525 m².

R 1R 1

181


L’alimentation en air de refroidissement par le gainage d’entréeet de sortie d’air représente une solution élégante pour résoudreles problèmes thermiques dans la salle du compresseur.

Les compresseurs insonorisés permettent de réaliser uneventilation canalisée. L’air de refroidissement passe au dessusdu compresseur, puis il est focalisé avant d’être évacué. Lescompresseurs à vis BOGE sont équipés d’un ventilateur d’airde refroidissement générant une pression superficielle de 60 Paenv. (colonne d’eau de 6 mm env.). Il est donc en mesured’expulser l’air de sortie par un gainage de 5 m de longueurapproximativement et présentant la section de gainageconseillée.

Les gainages peuvent être raccordés sans difficulté auxouvertures du capot d’insonorisation. Il n’est généralement pasnécessaire d’installer un ventilateur par évacuation d’airsupplémentaire dans le gainage.

Les gainages d’air froid évacuent l’air de refroidissement àl’extérieur. Ils peuvent être aussi utilisés pour assurer lechauffage en hiver, en installant un dispositif de clapetsapproprié. Il est conseillé de récupérer une partie de l’air deréfrigération chaud dans le local technique du compresseur sice dernier n’est pas chauffé en hiver.

Il est également possible d’alimenter le compresseur en airfroid au moyen d’un gainage. Un canal d’air d’alimentation réduitcependant le débit d’aspiration (pression dynamique) et serépercute négativement sur le rendement du compresseur. Unecanalisation d’air sera donc uniquement conseillée dans lescas suivants énoncés ci-dessous.

– Environnement impurL’air aspiré sur le site du compresseur contient un grandnombre de particules, de la poussière, des impuretéschimiques ou présente une humidité élevée. Dans cesconditions, il est conseillé d’aspirer l’air directement àl’extérieur ou dans une zone propre du bâtiment.

– Température ambiante élevéeLa température sur le site d’exploitation du compresseurest beaucoup plus élevée que dans les pièces voisines ouen dehors du bâtiment. Ceci se produit lorsque toutes sortesde machines chauffent dans le local technique ducompresseur.

10.3.6.1 Gainage de l’admission d’air

10.3.6 Alimentation en air froid avec

gainage d’entrée et de sortie

Figure 10.9 :Passage de l’air froid dans un compresseur à visBOGE de la série S 21 - S 150

182


10.3.6.2 Evacuation de l’air par gaine

d’évacuationLes locaux techniques de compresseurs contenant des unitésindividuelles peuvent être généralement refroidis au moyen d’unextracteur d’air ou par ventilation naturelle. Si plusieurscompresseurs sont installés dans la même pièce, il est toujoursconseillé d’utiliser des conduites d’air de refroidissement.

Grâce à ces gaines, la pièce est moins chauffée par la chaleurdégagée par les compresseurs.

La différence de température ∆∆∆∆∆t entre l’air aspiré et l’air évacuéreprésente approximativement 20 K. La vitesse de l’air dans lagaine d’évacuation ne devrait pas excéder 6 m/s. La section ducanal est donc largement inférieure à celle pratiquée dans lemur pour la ventilation naturelle ou artificielle.

Les valeurs spécifiées dans le tableau ci-dessous pour le volumed’air de refroidissement nécessaire D

A avec gaine se basent

sur les exigences énoncées dans la fiche de spécificationsVDMA 4363 „Ventilation des locaux techniques decompresseurs refroidis par air“. On suppose une augmentationde la température de l’air de refroidissement de Dt = 20 K.

Le calcul utilisé pour définir la section de canal nécessaire AC

se base sur une pression dynamique maximum de 50 Pa(colonne d’eau de 5 mm) dans le canal. Ceci représente environ5 m dans une gaine d’évacuation rectiligne sans modificationsde direction ni réducteurs ou éléments rapportés pour une vitessed’air de 4 à 6 m/s.

10.3.6.3 Volume d’air froid nécessaire DA

et section de canal AC avec gaine

Figure 10.10 :Evacuation de l’air dans une pièce contenant uncompresseur à vis BOGE par une gained’évacuation de l’air froid à l’extérieur

Ain

V•

AA

C

Puissance Volume d’air froid Section de

d’entraîne- nécessaire avec canal

ment gaine d’évacuation nécessaire

P DA

AC

[ kW ] [ m³/h ] [ m² ]

4,0 800 0,085,5 1000 0,107,5 1300 0,13

11,0 1700 0,1315,0 2900 0,1518,5 4500 0,2322,0 4500 0,2630,0 4500 0,3337,0 6500 0,4145,0 6500 0,4855,0 8000 0,5965,0 8600 0,6475,0 9200 0,6890,0 16000 0,85

110,0 16000 1,11132,0 24400 1,24160,0 24400 1,61200,0 27800 2,06250,0 33600 2,49

d’évacuation

183


Dans les gainages, tous les objets tels que les dérivations, lesfiltres, les clapets de volets, les coudes et les silencieuxprovoquent un accroissement de la résistance hydraulique etfreinent ainsi l’écoulement de l’air. Si la gaine contient denombreux obstacles sur une grande longueur, la section degaine libre recommandée devra être vérifiée par un spécialiste.

Certaines mesures de protection contre les incendies sontprescrites pour éviter la propagation des incendies par les gainesde ventilation. La norme DIN 4102, partie 6, exige le montagede clapets de protection incendie à fermeture automatiquelorsque les gaines de ventilation traversent un mur.

La pression dynamique peut être supérieure à 50 Pa (5 mm WS)lorsque le gainage présente un tracé défavorable ou qu’il esttrès long. Dans ce cas, il est possible que le ventilateur d’air derefroidissement d’un compresseur à vis ne puisse plus surmonterla pression dynamique qui règne dans la gaine. Cela signifieque le volume d’air de refroidissement s’immobilise, interrompantainsi le refroidissement entier du compresseur. Dans ce cas, ilfaut prévoir un ventilateur d’appoint supplémentaire.

Les clapets d’alimentation et d’évacuation d’air ainsi que lesventilateurs doivent, pour des raisons économiques, êtrecommandés via un thermostat situé dans la salle ducompresseur.

Ne jamais monter directement les gaines d’air de refroidissementsur la structure du compresseur. Utiliser toujours descompensateurs qui permettent d’éviter les tensions et latransmission des vibrations.

Un gainage d’air de refroidissement revêtu d’un matériau isolanttransmet moins de chaleur à son environnement et amortit ainsiles bruits supplémentaires, évacués hors du compresseur enmême temps que l’air de refroidissement.

Généralement, BOGE conseille de confier la conception desgainages et l’exécution des travaux à une entreprise spécialisée.

Dans le cas des installations composées de plusieurscompresseurs, il faut que chaque compresseur dispose de sapropre gaine d’alimentation et d’évacuation d’air.

Lorsqu’une gaine commune est utilisée pour plusieurscompresseurs, il faut prévoir des clapets anti-retour àdéclenchement automatique pour éviter que l’air derefroidissement chaud ne passe sur un compresseur à l’arrêtet ne réchauffe l’air d’alimentation.

10.3.6.4 Remarques relatives à la

ventilation par gaines

184


10.3.6.5 Dimensionnement de l’ouverture

d’entrée d’air en association avec

une gaine de sortie de l’air

Ain

= Surface min. de l’ouverture de sortie [m²]

DA

= Volume d’air froid dans la gainede sortie [m³/h]

vS

= Vitesse de courant maximale [m/s]

DA

Ain

= —————3600 ××××× v

S

m³/hm² = ———————

3600 s/h ××××× m/s

La taille de l’ouverture d’entrée d’air Ain

dépend du volume d’airde refroidissement D

A et de la vitesse d’écoulement maximale

vS dans l’ouverture elle-même.

Il est conseillé d’effectuer le calcul avec une vitesse d’air dev

S= 3 m/s . Si, pour des raisons de constuction, il n’est pas

possible de réaliser des ouvertures d’entrée d’air aux dimensionssouhaitées, une vitesse d’air de v

S= 5 m/s est également

admissible.

La formule suivante permet de calculer l’ouverture d’entrée d’airminimale :

185


10.3.6.6 Variantes de ventilation canalisée

L’air chaud est évacué directement à l’extérieur par la gaine. Ilest conseillé de choisir cette possibilité lorsque destempératures élevées règnent dans le local technique ducompresseur.

En hiver, les gaines permettent de véhiculer l’air chaud produitpar le compresseur pour chauffer complètement ou partiellementles différentes pièces d’un bâtiment. Lorsque les températuressont élevées (en été), le gaine d’évacuation expulse l’air chauddirectement à l’extérieur.

Dans le cas de cette méthode, l’air d’alimentation estgénéralement aspiré à partir des pièces chauffées, de l’airtempéré étant ainsi aspiré en quantité suffisante, même lorsquela température ambiante est basse. De cette manière, lecompresseur fonctionne toujours au-dessus de la températureminimale.

Afin de limiter la poussière et le bruit dans les pièces chauffées,il est conseillé de monter un filtre et un silencieux dans la gainede sortie de l’air.

Figure 10.12 :Gaine d’évacuation avec clapet de circulation

La gaine d’évacuation transporte l’air de refroidissement chauddirectement à l’extérieur. Lorsqu’il fait froid dans la salle ducompresseur, l’air ambiant est mélangé à l’air chaud au moyend’un clapet de circulation. La ventilation de circulation permetde protéger l’installation contre le gel lorsque les températuresextérieures sont inférieures à zéro degré. Un chauffage auxiliaireest également conseillé pour protéger le compresseur contrele gel dans la phase de démarrage.

Cette méthode exige également la réalisation d’une ouverturede sortie d’air dimensionnée en fonction du volume à évacuer,en plus de la gaine de sortie d’air.

Figure 10.13 :Utilisation de l’air froid réchauffé pour le chauffage

Air chaud

Mode „Eté“Air chaud

Mode „Hiver“

Entrée

d e

l’air

Air chaud

Mode „Hiver“

Air chaud

Mode „Eté“

Figure 10.11 :Evacuation de l’air à l’extérieur via un gainage

Air chaud

186


C ô t é d e c o m m a n d e

A i r d ' é v a c u a t i o n

A r r i v é ed ' a i r

a v e c V D E 0 1 0 0

C o n d u i t e d ' é v a c u a t i o nd u c o n d e n s a t

R é s e r v o i r d ' a i r c o m p r i m é

E v a c u a t e u r d ec o n d e n s a t

S é p a r a t e u r h u i l e - e a u

H u i l e

S é c h e u r d ' a i r c o m p r i m é p a r r é f r i g é r a t i o n

S o r t i e d e l ' a i r c o m p r i m é

E a u

F i l t r e

T u y a u H P

E t r a n g l e m e n t

C o m p r e s s e u r à v i s

E c a r t e m e n t d e s é c u r i t é1200

10.4 Exemples de plans d’installation

10.4.1 Exemple d’installation d’un

compresseur à vis

187


C ô t é d e c o m m a n d e

C o m p r e s s e u r à p i s t o nS C L 1 1 6 0 - 2 5

1 0 0 0 l

F 3 0A 3 0 G 3 / 4

Ö w a m a t 2

D 1 2a v e c B e k o m a t 2

A i r d ' a l i m . n é c e s s a i r e 0 , 4 m2

B y p a s s

E a u H u i l e

E s p a c e d e m a i n t e n a n c e F i l t r e à c h a r b o n a c t i f

F i l t r e m i c r o p o r e u x

S é c h e u r d ' a i r c o m p r i m é p a r r é f r i g é r a t i o n

E s p a c e d e m a i n t e n a n c e

Ö l - W a s s e r - T r e n n e r

E s p a c e d e m a i n t e n a n c e

E v a c a t e u r d e c o n d e n s a t B e k o m a t 2

R é s e r v o i r d ' a i r c o m p r i m é

T u y a u H P

S o r t i e d e l ' a i r c o m p r i m é

K o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e n

K o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e nK o m p r e s s o r e n

755

1410

2310

560

1200

600

250

1160

7 8 0

1 2 0 0 8 0 0 3 6 0 3 0 0 6 0 0

100

490445

500

8 0 0

8 0 08 0 0

800

E c a r t e m e n t d e s é c u r i t é

C o n d u i t e d ' é v a c u a t i o n d uc o n d e n s a t

50

10.4.2 Exemple d’installation d’un

compresseur à piston

Séperateur huile/eau

188


11. Récupération de

la chaleur

Les coûts de l’énergie sont de plus en plus élevés, etl’environnement prend une place de plus en plus importantedans les consciences. Ces considérations ont incité denombreux utilisateurs de compresseurs à se servir de l’énormepotentiel thermique offert par les compresseurs. Ils se sontadressés aux fabricants de compresseurs, qui ont à leur tourdéveloppé des systèmes de récupération de la chaleur efficaces.Depuis, la chaleur développée par les compresseurs estrécupérée pour assurer le chauffage des locaux et chaufferl’eau non potable et de chauffage.

Pour pouvoir évaluer les possibilités offertes par la récupérationde la chaleur sur les compresseurs, il faut se rappeler que,conformément au premier principe de la thermodynamique, latotalité de l’energie électrique absorbée par le compresseur esttransformée en chaleur. On ne peut cependant utiliser cettechaleur de manière économique que si l’on sait où elle se produitet quel est le pourcentage de chaleur qui peut être utilisérentablement pour la récupération.

La chaleur est toujours évacuée grâce à un réfrigérant. Ce dernierrenferme environ 95% de l’énergie électrique transmise aucompresseur sous forme de chaleur. 4% environ restent dansl’air comprimé en tant que chaleur résiduelle et 1% est transmisà l’air ambiant sous l’effet du rayonnement thermique.

Lorsque l’on élabore un bilan thermique, il ne faut pasuniquement penser à l’énergie fournie par le moteur etnécessitée par le compresseur pour comprimer l’air. Le moteurélectrique convertit également l’énergie en chaleur. Il est doncimportant de tenir compte du rendement du moteur qui, selonla puissance d’entraînement, oscillera entre 80 % et 92 %. Laquantité de chaleur émise augmente par conséquent également.

11.1 Bilan thermique d’une

station de compresseurs

100 %:

électricité

absorbée dans

le réseau

4 %:

chaleur rés.

dans l’air

comprimé

1 %:

dissipation

thermique

13 %:

radiateur

aux. d’air

comprimé

9 %:

échauffement

du moteur

75 %:

radiateur

d’huile

95 %:

de l’énergie absorbée est

évacuée par le réfrigérant

(eau/air)

Figure 11.1 :Répartition de la chaleur dans un compresseur àvis refroidi par injection d’huile

189


Le chauffage des locaux est le meilleur moyen d’utiliser lachaleur dégagée par le compresseur.

La méthode la plus simple pour chauffer un local est d’y installerle compresseur. Ceci signifie que le compresseur se trouvedirectement dans l’atelier ou dans l’entrepôt, généralement àproximité des postes de travail.

Dans ce cas de figure, il faudra seulement installer desconduites pour évacuer l’air chaud à l’extérieur en été, lorsquedes températures élevées règnent sur le site d’installation. L’airchaud utilisé pour le chauffage ne doit pas être transporté surde longues distances.

Il faut cependant s’assurer que le compresseur estsuffisamment refroidi. Une insonorisation sera généralementindispensable afin de respecter les prescriptions contre le bruit.

Pour pouvoir utiliser la chaleur produite par une station decompresseurs, le volume d’air chauffé doit être transporté versles locaux à chauffer dans des gaines. L’installation n’estconseillée que pour les gros compresseurs, car lescompresseurs de petites tailles ne génèrent pas suffisammentde chaleur.

Le volume d’air de refroidissement passe sur le compresseuret le moteur d’entraînement, absorbe la chaleur émise, puisest aspiré dans une conduite d’évacuation grâce à un ventilateur.Le volume d’air froid est généralement porté à une températurede +50°C à +60°C.

L’utilisation de la chaleur du compresseur pour chauffer deslocaux suppose un compresseur capoté (insonorisé) équipéd’un système de transport de l’air par conduites. Lescompresseurs à vis BOGE sont insonorisés en série etpossèdent un ventilateur interne. Ils peuvent donc être raccordéssans difficulté à un système de conduites. Les compresseursnon capotés (comme par exemple la plupart des compresseursà pistons) peuvent être équipés ultérieurement pour utiliser lachaleur produite par le compresseur en installant un capotd’insonorisation adapté.

11.2.1 Chauffage des locaux par des

conduites de chauffage

11.2 Chauffage des locaux

1 = Compresseur insonorisé2 = Conduite d’alimentation en air3 = Conduite d’évacuation de l’air4 = Ventilateur par évacuation d’air

supplémentaire5 = Volets de réglage

(à commande thermostatique)6 = Conduites de dérivation

(chauffage des locaux)7 = Echangeur de chaleur8 = Conduite d’évacuation

(à l’air libre pour l’été)9 = Volet d’admission d’air

Figure 11.2 :Schéma fonctionnel d’un gainage

12 4 3

8

5 676

5

9

190


11.2.2 Fonctionnement d’un chauffage de

locaux

Des gaines isolées transportent l’air de refroidissement chauddu ou des compresseurs à l’intérieur du bâtiment lorsqu’il faitfroid à l’extérieur. Les locaux sont ainsi chauffés. Lorsque lestempératures extérieures sont élevées, une gaine évacue l’airde refroidissement chaud à l’air libre.

Le courant d’air de refroidissement passe par des volets d’entréed’air et de régulation. Il est recommandé de commander lesvolets et les ventilateurs au moyen de thermostats, installésdans les pièces chauffées pour y surveiller la température.

Des mesures de protection contre les incendies sont prescritespour éviter une propagation des flammes par les conduites deventilation. La norme DIN 4102, partie 6, exige l’installation devolets pare-feu à fermeture automatique lorsque des conduitesde ventilation traversent un mur.

Il est possible d’installer des échangeurs de chaleur dans lesconduites. Ils permettent de chauffer l’eau à une températurede +40°C environ. Cette eau chaude peut être utilisée pourdélester le système de chauffage central ou en tant qu’eau nonpotable.

Les frais d’installation du chauffage des locaux peuvent s’avérertrop élevés par rapport aux économies d’énergie réalisées. Avantd’engager les frais d’installation d’un système de chauffage, ilfaut s’assurer que l’on dispose d’une chaleur suffisante pourjustifier cet investissement. Il faut tenir compte du fait que lecourant d’air chaud se refroidit obligatoirement lors de sontransport dans le système de conduites.Les fraisd’investissement doivent rester en relation avec les économiesde chauffage réalisées.

Ces économies augmentent avec la durée de fonctionnementdu compresseur. Plus le compresseur tourne longtemps, plusle chauffage des locaux sera efficace.

11.2.3 Rentabilité d’un chauffage

de locaux

191


11.3 L’échangeur de chaleur

Duotherm

Des systèmes de récupération de chaleur spéciaux sont prévussur les compresseurs à vis refroidis par injection d’huile afin dechauffer l’eau non potable et l’eau de chauffage. Un échangeurde chaleur est installé dans le compresseur, dans le courantprincipal de l’huile chaude. L’huile brûlante du compresseurchauffe l’eau non potable et de chauffage.

L’échangeur de chaleur Duotherm fonctionne indépendammentdu système de refroidissement du compresseur car, placé enamont du radiateur d’air ou d’eau, il fait office de précondenseur.

Le système Duotherm BPT a pour but de chauffer l’eau dechauffage ou de production. Le coeur du système est constituépar un échangeur de chaleur à plaques, composé d’un certainnombres de plaques en acier inoxydable profilé. Les plaquesagencées les unes sur les autres forment un système de deuxcanaux isolés mutuellement. Les plaques sont soudées entreelles grâce à un processus de brasage spécial. Les joints, quiprésentent un risque de fuites inhérent, sont superflus.L’échangeur de chaleur qui en résulte fonctionne trèsefficacement en toute fiabilité.


L’huile contenue dans le circuit de l’huile du compresseur estchauffée à +90°C et passe dans les plaques de l’échangeur dechaleur. L’eau qui vient en contre sens dans l’échangeur dechaleur est chauffée à +70°C. La quantité d’eau chauffée dépendde la différence de température.

Une soupape de réglage d’huile thermostatique est installée enamont et en aval de l’échangeur de chaleur. Selon la températurede l’huile, le courant d’huile est soit dirigé vers le radiateur d’huileet l’échangeur de chaleur, soit les contourne par une conduitede dérivation.

Caractéristiques

– Un espace clos se forme lorsque les soupapes d’arrêt sontfermées simultanément sur l’alimentation et l’évacuation del’eau. L’eau qui se réchauffe dans cet espace provoque unedilatation et une augmentation de la pression. Pour éviterde détériorer les plaques de l’échangeur de chaleur, il fautinstaller un vase d’expansion et une soupape de sécurité.

– Lorsque l’eau est fortement souillée, il faut installer uncollecteur d’impuretés présentant une largeur de pores de0,6 mm maximum dans la conduite d’arrivée d’eau.

– Il faut prévoir des purgeurs pour nettoyer l’échangeur dechaleur.

– L’échangeur de chaleur à plaques est normalement intégrédans la cage du compresseur. Il peut cependant être installéséparément ou être rajouté ultérieurement.

11.3.1 Duotherm BPT

Figure 11.3 :Système de récupération de la chaleurDuotherm BPT de BOGE

1 = Filtre d’aspiration2 = Régulateur d’aspiration3 = Bloc-vis4 = Réservoir d’air comprimé-huile5 = Séparateur d’huile6 = Soupape de réglage d’huile thermostat.7 = Radiateur d’huile8 = Filtre à huile9 = Soupape anti-retour à pression minima10 = Radiateur d’air comprimé auxiliaire11 = Echangeur de chaleur

Figure 11.4 :Schéma fonctionnel du Duotherm BPT de BOGE

1 2 3

4

5

6

67

8

9 10

11

Sortie air

comprimé

Refoulement

Avance

192


11.3.2 Duotherm BSW

1 23

4

5

6

67

8

9 10

11

Sortie air

comprimé

Refoulement

Alim.

12 13

Le système Duotherm BSW permet de chauffer l’eau potableet non potable. Les règlements de sécurité appliqués dans ledomaine sanitaire étant différents, ce système se composed’un échangeur de chaleur de sécurité. Deux circuitsindépendants sont séparés d’un de l’autre par un liquideintermédiaire.

Le système BSW est un échangeur de chaleur à faisceautubulaire dans lequel se trouvent deux tubes qui ne se touchentpas. L’espace de sécurité contenu dans ce faisceau tubulaireest rempli d’un liquide intermédiaire non toxique. Le liquideintermédiaire a pour tâche de transmettre la chaleur etd’empêcher que l’huile ne se mélange à l’eau en cas dedommage. Une pollution de l’eau potable est ainsi exclue.

Un manostat d’asservissement est activé immédiatementlorsqu’un tuyau se rompt dans le système. L’impulsion émisepeut être traitée individuellement (pour donner l’alarme oudésactiver le système).


L’huile contenu dans le circuit de l’huile du compresseur estchauffée à +90°C environ, puis passe dans un faisceau tubulaire.Le liquide intermédiaire transmet la chaleur à l’eau non potablecontenue dans le deuxième faisceau tubulaire. L’eau venant encontre sens par le deuxième faisceau tubulaire peut être chaufféeà +55°C environ. La quantité d’eau chauffée dépend de ladifférence de température. L’eau chaude est ensuite dirigée dansun réservoir approprié (ballon d’eau chaude), à partir duquel ellealimente le réseau d’eau chaude.

Une soupape de réglage d’huile thermostatique est installée enamont et en aval de l’échangeur de chaleur. Selon la températurede l’huile, le flux d’huile est soit dirigé vers le radiateur d’huileet l’échangeur de chaleur, soit les contourne par une conduiteen dérivation.

Caractéristiques

– La valeur réglée sur le manostat d’asservissement doit êtreau moins 20% inférieure à la pression minimale du produitutilisé.

– Conditions d’utilisationPression minimale de l’eau 0,5 barPression maximale de l’eau 16 barPression maximale de l’huile 16 barPression maximale du liquide intermédiaire 10 barTempérature maximale (huile et eau) +100°CDes défaillances se produisent et l’alarme est déclenchéelorsque la température maximale est dépassée.

– L’échangeur de chaleur de sécurité BSW est intégré dansle caisson du compresseur en fonction de sa taille. Il peutêtre également installé séparément ou être rajoutéultérieurement.

Figure 11.5 :Système de récupération de la chaleurDuotherm BSW de BOGE

1 = Filtre d’aspiration2 = Régulateur d’aspiration3 = Bloc vis4 = Révervoir d’air comprimé-huile5 = Séparateur d’huile6 = Soupape de réglage d’huile thermostat.7 = Radiateur d’huile8 = Filtre à huile9 = Soupape anti-retour à pression minima10 = Radiateur d’air comprimé auxiliaire11 = Echangeur de chaleur de sécurité12 = Manostat d’asservissement13 = Récipient de compensation

Figure 11.6 :Schéma fonctionnel du Duotherm BSW de BOGE

193


11.3.3 Economies d’énergie réalisables Le système Duotherm permet de disposer de 75 % de lapuissance électrique absorbée par le compresseur au réseau.Il s’agit de la chaleur évacuée par l’huile du compresseur.

Les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessous pour la quantitéde chaleur et d’eau chaude utilisables ont été définies sur labase de la rétention de l’énergie et des lois générales sur letransfert thermique. Elles s’appliquent en principe aux deuxsystèmes Duotherm. Si l’on utilise un système Duotherm BWT,le réchauffement de l’eau non potable au dessus de +55°C n’estpas économique, car la quantité d’eau chauffée est trop faible.

Les valeurs fournies supposent que le compresseur fonctionneen continu. Les pertes thermiques ne sont pas prises en compteen raison des différentes conditions d’exploitation. Le calculdes économies de chauffage se base sur un système dechauffage au mazout conventionnel :

– Valeur calorifique H spécifique du mazout 38,0 MJ/l– Prix du mazout 0,40 DM/l– Rendement thermique 75 %– Heures de fonctionnement 1000 h

Puissance Puissance Quantité de Quantité d’eau pour Economies

d’entraî- dissipée chaleur ∆∆∆∆∆t 25 K ∆∆∆∆∆t 35 K ∆∆∆∆∆t 50 K réalisées

nement utilisable 313 →→→→→ 338 K 293 →→→→→ 328 K 293 →→→→→ 343 K sur 1000 h

[ kW ] [ kW/h ] [ MJ/h ] [ m³/h ] [ m³/h ] [ m³/h ] [ DM ]

11,0 8,9 32,0 0,305 0,217 0,152 449,-15,0 12,3 44,2 0,420 0,300 0,210 620,-18,5 14,8 53,2 0,509 0,363 0,255 746,-22,0 17,7 63,7 0,609 0,435 0,305 894,-30,0 24,4 87,8 0,835 0,596 0,417 1232,-37,0 30,3 109,0 1,040 0,743 0,520 1530,-45,0 37,7 135,7 1,295 0,925 0,647 1905,-55,0 45,5 163,8 1,565 1,118 0,782 2300,-65,0 54,9 197,6 1,885 1,346 0,942 2770,-75,0 63,1 227,1 2,170 1,550 1,085 3187,-90,0 74,0 266,4 2,545 1,818 1,272 3740,-110,0 90,0 324,0 3,095 2,210 1,547 4547,-132,0 110,5 397,0 3,800 2,714 1,900 5570,-160,0 133,5 480,6 4,590 3,278 2,295 6745,-200,0 168,3 605,8 5,790 4,136 2,895 8500,-250,0 208,9 752,0 7,180 5,128 3,590 10550,-

194


11.4 Récupération de la chaleur :

conclusion

Les compresseurs permettent de réaliser de très grandeséconomies sur le plan de l’énergie et des frais d’exploitationgrâce à la chaleur qu’ils produisent. Il ne faut cependant pascommettre l’erreur de vouloir utiliser coûte que coûte la chaleurgénérée par un petit compresseur. Cela ne sera généralementrentable que sur les gros compresseurs à vis et à pistons, etles systèmes combinés. L’énergie utilisable croît parallèlementà la puissance du compresseur.

Les frais d’investissement d’un dispositif de récupération de lachaleur dépendent dans une large mesure de l’architecture sursite. Il faut en tenir compte, car elles influencent grandement ladurée d’amortissement du dispositif.

Il est bon de décider dès le départ si la chaleur sera utiliséepour chauffer les locaux ou pour chauffer l’eau non potable etde chauffage, tout en considérant que le chauffage des locauxest rarement utilisé en été.

L’utilisation du compresseur joue un rôle essentiel lorsque l’onenvisage de récupérer la chaleur. Plus la durée de fonctionnementdu compresseur est élevée, plus l’utilisation de la chaleur qu’ilproduit sera rentable, car elle sera disponible en continu et enquantité suffisante.

Avant d’installer un dispositif de récupération de la chaleur, ilest conseillé de calculer la quantité de chaleur nécessitée surle site d’installation. Cette analyse sera alors comparée auxdurées de fonctionnement moyennes du compresseur.

La rentabilité du dispositif de récupération de la chaleur résultede cette comparaison. Elle montre également si la récupérationest en mesure de couvrir à elle seule les besoins en chaleur ousi un système de chauffage auxiliaire sera nécessaire.

195

Le son

12. Le son

12.1 La nature du son Les ondes sonores sont les vibrations mécaniques produitespar un milieu matériel élastique. Elles se propagent dans lesmilieux solides, liquides et gazeux sous forme de variations depression (ondes sonores) à partir d’une source sonore, c’est-à-dire d’un corps en vibration. L’acoustique est le domaine de laphysique qui traite des sons.

Les corps en vibration, indépendamment de leur forme et deleurs conditions de fonctionnement, sont en mesure detransmettre des ondes sonores. Ce sont des sources sonores.Il peut d’agir de cordes, de barres, de plaques, de colonnesd’air, de membranes, de machines, etc.

Les vibrations transmises à l’air ambiant sont qualifiées de bruit

aérien.

Les corps solides, gazeux ou liquides en vibration peuventtransmettre les vibrations sur les objets solides. On parle dansce cas de bruit du corps.

On observe les relations suivantes entre les vibrations émisespar une source sonore et le son perçu par l’oreille :

Amplitude de la vibration

L’amplitude est l’écart de pression périodique qui se produitdans une onde sonore.

Elle correspond à l’intensité sonore d’une impression sonoreressentie par une personne.

Fréquence de la vibration

La fréquence est le nombre de variations de pression au coursd’une unité de temps. Elle est généralement indiquée en Hz

(cycles par seconde).

Elle correspond à la hauteur du son d’une impression sonoreperçue par une personne.

Types de vibrations

Il existe différents types de vibrations qui provoquent desimpressions sonores également différentes :

– TonalitéUne tonalité (tonalité pure) est une vibration sinusoïdale.

– SonoritéUne sonorité est la superposition de plusieurs tonalités.Plusieurs vibrations sinusoïdales se superposent pour formerune vibration non sinusoïdale. La tonalité qui présente lafréquence la plus basse détermine l’intensité de la perceptionsonore dans son ensemble. Les autres tonalités (les sonsdominants) donnent l’impression du timbre acoustique.

– BruitUn bruit est une vibration irrégulière. C’est l’association deplusieurs fréquences de différentes magnitudes.

– DétonationUne détonation est une impression sonore unique, brève etviolente.

12.1.1 La perception du son

Figure 12.1 :Les impressions sonores

Tonalité

Sonorité

Bruit

Détonation

Am

pli

tud

e (p

res

sio

n

so

no

re

)

Temps

196

Le son

12.2 Terminologie de base

en matière d’acoustique

12.2.1 Pression acoustique La pression acoustique p~

est l’écart de pression périodique(sous-pression, surpression et pression alternée) qui se produitdans une onde sonore. Elle est exprimée en Pa (10-5 bar).

Dans les milieux gazeux, la pression acoustique est superposéeà la pression gazeuse existante p. La pression acoustiquedépend dans une large mesure de différents facteurs, tels quepar exemple l’intensité de la source sonore, les conditions del’environnement, etc.

La pression acoustique oscille entre 2 × 10-4 Pa env. dans lecas du tic tac d’une montre et 65 Pa environ à proximitéimmédiate d’un avion au décollage.

Pour pouvoir mieux manipuler les grandeurs acoustiques, lavaleur est comparée à une grandeur de référence et portée aulogarithme. Les niveaux, logarithmes d’une valeurproportionnelle, sont des grandeurs abstraites. La désignationdB (décibel) y est ajoutée.

Le niveau de pression acoustique est défini proportionnellementà la pression de référence p

0 = 2 ××××× 10-5 Pa et porté au logarithme.

La formule suivante permet de calculer le niveau de pressionsonore :

12.2.2 Niveau sonore

p~

Lp

= 20 lg —— dBp

0

LP

= Niveau de pression acoustique [dB]

p~

= Pression acoustique [Pa]

p0

= Pression acoustiquede réf. [2 × 10-5 Pa]

Les autres grandeurs en matière d’acoustique sont traitées demanière similaire. En acoustique, on utilise généralement lesniveaux pour indiquer des grandeurs.

L’intensité sonore exprime l’énergie sonore dégagée par unesource sonore en une seconde. Il s’agit d’une grandeurspécifique à la machine (grandeur d’émission) qui peut êtreinfluencée en prenant des mesures d’insonorisation.

L’intensité sonore d’une machine permet par exemple de calculerapproximativement le niveau de pression acoustique qui règneà un endroit précis. Il est tenu compte de l’éloignement, desconditions de construction et des autres sources sonores pource faire et il s’avère souvent inutile de réaliser d’autres mesures.

12.2.3 Intensité sonore

197

Le son

Seules les fréquences situées entre 16 et 20000 Hz sontgénéralement audibles pour l’oreille humaine. Les fréquencesplus élevées sont connues sous le terme d’ultrasons, lesfréquences plus basses sont qualifiées d’infrasons. La pressionacoustique perceptible oscille entre 10-5 Pa et 100 Pa, unepression acoustique de 100 Pa provoquant presque toujours ladestruction de l’organe auditif.

L’oreille humaine ne perçoit pas les différentes pressionsacoustiques et fréquences avec la même intensité. La plageaudible présentée ci-contre schématise les gammes depressions acoustiques et de fréquences perceptibles par l’oreillehumaine. La courbe inférieure symbolise le seuil d’audibilité

et la courbe supérieure le seuil de douleurs. La gamme depression acoustique la plus large perçue par l’oreille se situeaux alentours de 1000 Hz .

La pression acoustique est une grandeur physique qui peutdonc être mesurée. L’intensité avec laquelle une personne laperçoit est une grandeur physiologique qui dépend du sens del’ouïe de chacun.

Le niveau d’intensité est une valeur définie de manière empirique.La perception de l’intensité sonore ressentie par diversespersonnes a fait l’objet de toute une série de tests à partirdesquels il a été possible d’établir une moyenne. Le niveaud’intensité d’un son est exprimé en Phone.

A 1000 Hz, le niveau d’intensité est égal au niveau de pressionacoustique non pondéré. Le niveau d’intensité ne peut pas êtremesuré au moyen d’instruments de mesure. Pour cette raison,il est très difficile et voire impossible de réaliser des mesurescomparatives ou des calculs.

Les grandeurs acoustiques doivent être adaptées au niveau deperception de l’oreille humaine pour pouvoir être vérifiées sur leplan technique. Le niveau de pression acoustique réel est ajustéà la sensibilité de l’oreille en fonction de la fréquence au moyende valeurs de correction précises. Différentes courbes standardont été définies au niveau international pour les valeurs decorrection.

Les courbes indiquées ci-dessous illustrent différents domainesd’applications.

A – Courbe LN = 30 - 60 Phones.

B – Courbe LN = 60 - 90 Phones.

C – Courbe correspondant à la plage auditive linéaire

D – Courbe correspondant au bruit d’un avion

Un niveau sonore pondéré est caractérisé par la lettrecorrespondant à sa courbe, dB (A) par exemple.

La courbe A est principalement utilisée pour mesurer le bruitémis par les compresseurs et autres machines. La norme DIN45635 se sert du niveau de pression acoustique pondéré Apour mesurer le bruit.

12.3.1 Niveau d’intensité d’un son

12.3.2 Niveau sonore pondéré dB ( A )

12.3 Perception du son par

l’oreille humaine

Seuil

d’audibilité

Seuil de douleurs

Plage audible

Niv

. d

e p

r. a

co

us

tiq

ue

[d

B]

Fréquence [Hz]Figure 12.2 :La plage audible de l’oreille humaine

198

Le son

12.3.3 Comparaison des différentes

intensités sonores

Le diagramme ci-dessous illustre, outre la gamme auditivemoyenne humaine, située entre le seuil d’audibilité et le seuilde douleurs, divers exemples symbolisant plusieurs intensitéssonores.

Niv

eau

de p

ressio

n a

co

usti

qu

e [d

B]

Seuil de douleurs

Phone

Fréquence [Hz]

Le tic-tac d’une montre correspond à un niveau de pressionacoustique de 20 dB (A) environ.

Une conversation normale à une distance de 1 m environcorrespond à un niveau de pression acoustique de 70 dB (A)env.

Froid

seuil au

ditif n

orm

al

199

Le son

12.4 Comportement du son La propagation et le comportement général du son dépendentde différents facteurs. Il faut aussi considérer que la puissancesonore d’une machine (source sonore) reste constante.

La pression acoustique générée par une source sonore diminueobligatoirement plus on s’en éloigne. La puissance sonoreconstante émise par une source sonore se répartit sur unesurface qui augmente en fonction de la distance (dispersion).La forme de l’onde sonore ne joue pas un grand rôle lors de cephénomène. Les machines et les compresseurs émettent uneénergie sonore qui se présente presque toujours sous la formed’une demi-sphère, car ces appareils sont généralement poséssur un sol ferme.

Le niveau de pression acoustique diminue conformément auxvaleurs indiquées dans le tableau ci-dessous, la valeur deréférence est une distance de 1 m :

Ces valeurs, fournies à titre indicatif, supposent la librepropagation du son sur un plan dégagé. Un certain pourcentagede réflexion causée par un sol normal et réverbérant a été prisen considération.

Exemple

Un compresseur à vis superinsonorisé BOGE S 21 se trouvedans un vaste hall. Il génère un niveau de pression acoustiquede 69 dB (A) selon DIN 45635. A 10 m de distance, le niveausonore généré par le compresseur ne sera plus que de 57 dB(A) environ.

Une partie du son est réfléchie par les murs et d’autres objets.Un champ d’ondes sonores diffuses dû aux réflexions se produità l’intérieur des locaux. Le niveau de pression acoustique généralest accru dans le local en raison des sons réfléchis, qui sonten fait de l’écho.

Les matériaux extrêmement durs et lisses, tels que les mursen briques, réfléchissent une grande partie du son. La forme dela surface revêt une importance essentielle lors de la réflexion.Si on isole une pièce au moyen de pyramides de matériauisolant dans un ordre précis, on obtient une chambre sourdeinsensible aux réflexions. Des chambres de ce genre sontutilisées pour réaliser des mesures de pression acoustique etanalogues avec une précision scientifique.

Le son qui n’est pas réfléchi est absorbé par les murs ou lesobjets. Le matériau transmet le son absorbé et l’amortit. Il estgénéralement transmis à un autre milieu, l’air par exemple. Lesmatériaux présentant un module élastique élevé, comme l’aciernotamment, sont d’excellents conducteurs de son. L’amortis-sement est généralement faible.

12.4.1 Distance par rapport à une source

sonore

12.4.2 Réflexion et absorption

Eloignement de la source sonore [m] 1 2 5 10 25 50 100

Réduction du niv. de pr. acoustique[dB (A)] 0 5 12 16 23 28 32

Figure 12.2 :Propagation du son dans une pièce fermée

Réflexions

Son direct

200

Le son

L’amortissement est la conversion de l’énergie sonore en chaleur,générée par le frottement des particules entre elles. Le son estabsorbé au cours de ce phénomène. Le bruit transmis par l’airest amorti au moyen de matériaux d’absorption poreux oufibreux, présentant un faible coefficient d’élasticité et une grandedensité au mètre carré (kg/m²). L’amortissement du son grâceà l’emploi de matériaux appropriés dépend également duspectres de fréquences du son. Certaines fréquences sontamorties davantage que d’autres.

La température et l’humidité jouent un grand rôle dansl’amortissement du son par l’air. Dans des conditions norma-les, il ne se fait ressentir qu’à partir d’une distance de 200 m.L’amortissement est plus important lorsque l’humidité est trèsélevée, en présence de brouillard par exemple.

Des lois particulières régissent la propagation du son dans lestuyaux et les conduites. Le flux et les réflexions dans un canalétroit favorisent la propagation du son. Il est nécessaire deprendre des mesures contre la libre propagation du son dansles gaines, particulièrement si on utilise l’air d’échappement ducompresseur pour le chauffage.

Une onde sonore est dirigée dans le canal d’évacuation à partird’un compresseur insonorisé. Le son qui n’est pas absorbé parle dispositif d’insonorisation se propage dans le système decanalisations. Il parvient dans les locaux chauffés sansrencontrer d’obstacles.

Il est possible de prendre différentes mesures pour limiter lapropagation du son dans les gaines ou les tuyaux :

– Amortissement linéaireLes gaines sont revêtues de matériaux très absorbants.L’énergie sonore est ainsi réduite et le niveau de pressionacoustique diminue dans les gaines.

– Silencieux à absorptionUn matériau absorbant le son (laine minérale par exemple)est introduit dans une section de la gaine. Il absorbe unegrande partie de l’énergie sonore, de la même manière queles murs. Le désavantage majeur de ce silencieux résidedans sa grande résistance hydraulique. Il est déconseilléd’installer un silencieux de ce genre dans les gaines dotéesde ventilateurs par évacuation de grandes dimensions.

12.4.3 Amortissement du son

Son émis

Son

réfléchi

Son

absorbé

Son

Figure 12.3 :Isolation sonore par les murs

12.4.5 Propagation sonore dans les

tuyaux et les conduites

Figure 12.4 :Silencieux à absorption à coulisseaux droits

201

Le son

12.4.6 Niveau de pression acoustique

de plusieurs sources sonoresLe niveau de pression acoustique est renforcé si plusieurssources sonores cohabitent dans une pièce. Plus on émetd’énergie sonore, plus la pression sonore est élevée. L’intensitéperçue augmente. Les corrélations ne sont pas linéaires. Ellesdépendent dans une large mesure de la structure de la pièce,du niveau de pression acoustique des différentes sources et duspectre de fréquence de ces sources. Les deux cas les plussimples seront ici développés pour expliquer ces corrélations.

Les indications fournies ne sont que des valeurs à titre indicatif.De nombreux facteurs n’étant pas pris en considération, il estpossible qu’elles présentent d’importantes divergences dansdes cas particuliers.

La corrélation est relativement simple lorsque deux ou plusieurssources sonores de niveau de pression acoustique identiquecohabitent dans la même pièce. Le tableau ci-dessous indiquel’accroissement du niveau de pression acoustique, sans tenircompte des éventuelles réflexions ou perturbations acoustiques.

Le niveau de pression acoustique total est obtenu enadditionnant son accroissement à celui des différentes sourcessonores.

Exemple

Trois compresseurs à vis superinsonorisés BOGE S 21 setrouvent dans un vaste hall. Chacun d’eux génère un niveau depression acoustique de 69 dB (A) selon DIN 45635. Le niveaude pression acoustique total sera donc de 74 dB (A) [69 + 5].

Le niveau de pression acoustique total de deux niveaux sono-res différents (L

1 et L

2) est déterminé au moyen d’un diagramme.

Dans le cas de plusieurs sources sonores de niveaux différents,les corrélations deviennent très compliquées.

Le diagramme indique le nombre de décibels (∆∆∆∆∆L) à partir duquelL

1, le niveau de pression acoustique le plus élevé, augmente

en fonction de la différence des deux niveaux (L1 - L

2).

Exemple

Un compresseur émettant un niveau de pression acoustiquede 69 dB (A) selon DIN 45635 et un compresseur dégageant unniveau de pression acoustique de 74 dB (A) se trouvent dans lamême pièce. Le niveau de pression acoustique total sera dansce cas de 75,3 dB (A) environ.[74 - 69 = 5 → 74 +1,3 = 75,3]

Nombre de sources sonores 2 3 4 5 10 15 20

Augment. du niv. de pres. acoustique [dB (A)] 3 5 6 7 10 12 13

12.4.6.1 Niveau de pression acoustique

de plusieurs sources sonore de

niveaux identiques

12.4.6.2 Niveau de pression acoustique

de deux sources sonores de

niveaux différents

∆∆∆∆ ∆L

[ d

B (

A)

]

L1- L

2 [ dB ( A ) ]

L1 + L

2→→→→→ L

1 + ∆∆∆∆∆L

Figure 12.5 :Amplification du son de deux sources de niveaudifférent

202

Le son

12.5 Effets du bruit

Le bruit est une forme de son, mais il s’agit d’un son indésirable,gênant, voire même douloureux. Le bruit a différents effetsnégatifs qui dépendent de son niveau de pression acoustique :

– Difficultés de concentration

– Un niveau de pression acoustique de 70 dB (A) gêne lacommunication vocale.

– Un niveau de pression acoustique de 85 dB (A) causegénéralement une lésion auditive temporaire à l’issue d’unejournée de 8 heures. Si cette contrainte est appliquéependant plusieurs années, des lésions auditives durablespeuvent en résulter.

– Un niveau de pression acoustique de 110 dB (A) cause uneréduction des facultés auditives en très peu de temps. Sicette contrainte persiste pendant plusieurs heures, il enrésultera très probablement une lésion auditive permanen-te.

– Un niveau de pression acoustique de 135 dB (A) et davantageprovoque généralement une lésion immédiate du sens del’ouïe.

Figure 12.6 :Bruit néfaste pour la santé

Niv

eau

de p

ressio

n a

co

usti

qu

e [d

B (A

)]

Réactions

physiquesColère

Irritation

Réactions

physiologiqueseffets nerveux, stressrendement de travailmoindre, pertes de

concentration

Lésions

mécaniquesSurdité

Lésions

auditivesSurdité causée parle bruit, lésions de

l’oreille interneirrémédiables

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

203

Le son

Des règles de sécurité contre le bruit ont été définies pour lesemplacements de travail afin d’éviter les effets négatifs qu’ilentraîne. Les directives de protection contre le bruit ont pourbut de protéger les facultés auditives des employés à longueéchéance et d’améliorer les conditions de travail générales.

Les règles de sécurité auxquelles les entreprises générant dubruit doivent satisfaire sont énumérées ci-dessous.

– Les zones bruyantes excédant 90 dB (A) doivent faire l’objetd’un marquage particulier.

– A partir de 85 dB (A), des équipements de protection contrele bruit doivent être mis à la disposition des employés. Leséquipements de protection auditive doivent être portéscontinuellement lorsque le niveau de pression acoustiquedépasse 90 dB (A).

– Des mesures appropriées doivent être prises si les risquesd’accident croissent avec le bruit.

– Une visite médicale préventive régulière est prescrite par lelégislateur pour tous les employés lorsque le niveau depression acoustique dépasse 85 dB (A).

– Les locaux de travail nouvellement construits doivent satisfaireaux techniques les plus modernes en matière de limitationdu bruit.

§ 12 par. 3 Le niveau de pression acoustique maximumadmissible est de 85 dB (A) lorsque l’installationse trouve à l’intérieur des locaux de travail. Le bruitest mesuré sur l’emplacement de travailconformément aux spécifications de la norme DIN45635.

Remarque : Les locaux d’activités sont dissociés du localtechnique du compresseur, même si desopérations de maintenance prolongées y sontexécutées.

Le niveau de pression acoustique mesuré dans les locaux detravail doit rester aussi faible que possible (§ 15). Il ne doit pasexcéder les valeurs suivantes :

55 dB (A) dans le cas d’une activité principalementintellectuelle sur l’emplacement de travail.

55 dB (A) dans les locaux de détente.

70 dB (A) dans le cas d’activités de bureau simples etprincipalement mécanisées.

85 dB (A) dans le cas des autres activités (production,montage et activités similaires).

12.6 Directives de protection

contre le bruit

12.6.2 Règles de sécurité en vigueur

pour les compresseurs (VBG 16)

(avril 1987)

12.6.3 Directives nationales appliquées

sur l’emplacement de travail

(avril 1975)

12.6.1 Règles de sécurité applicables

par les entreprises générant du

bruit

(décembre 1974)

204

Le son

Ces règlements définissent les valeurs d’émission généralesappliquées aux zones commerciales et résidentielles. Ilsspécifient le niveau de pression acoustique admissible dansles zones correspondantes. Il faut en outre tenir compte nonseulement du bruit inhérent à la circulation automobile, maisaussi de celui causé par les entreprises industrielles.

Emplacement de la mesure :

A 0,5 m d’une fenêtre ouverte auprès de la personne la plustouchée par le bruit.

12.6.4 Règlements administratifs

généraux nationaux relatifs au

bruit (juillet 1984)

Niveau de pression acoustique max. admissible

Site Jour Nuit

6.00 à 22.00 h 22.00 à 6.00 h

dB ( A ) max. dB ( A ) max.

Zone industrielle à 100% 70 70

Zone essentiellementindustrielle 65 50

Zone industrielle etlogements 60 45

Majorité de logements 55 40

100% de logements 50 35

Cliniques et hôpitaux 45 35

Logements constituantdes annexes desbâtiments industriels 60 45

205

Le son

12.8 Insonorisation

des compresseurs

Pour mesurer le bruit émis par les compresseurs et machinessimilaires, on se sert en premier lieu de la méthode de la

surface enveloppante selon DIN 45635. Cette norme définitles conditions nécessaires pour mesurer le bruit émis par lescompresseurs et machines similaires dans leur environnementimmédiat au moyen de méthodes standard, permettant ainside comparer les résultats.

Le bruit est avant tout mesuré sur les compresseurs et machinesafin de définir si certaines exigences doivent être remplies. Lesvaleurs déterminées sont précieuses pour

– comparer des machines similaires.

– comparer des machines différentes.

– estimer le niveau de pression acoustique à une certainedistance.

– vérifier les émissions sonores spécifiées par les directivesde protection contre le bruit.

– planifier les mesures de protection contre le bruit.

Les compresseurs dépassent parfois un niveau de pressionacoustique de 85 dB (A), qui sera encore plus important siplusieurs compresseurs dépourvus d’un équipementd’insonorisation fonctionnent dans une même pièce. Il estrecommandé dans ce cas d’installer des compresseursinsonorisés, car la loi relative à la protection du travail conseillele port d’équipements de protection auditive à partir de 85 dB (A),et les rend obligatoires à partir de 90 dB (A).

Les compresseurs insonorisés peuvent être installés surl’emplacement de travail. On évite ainsi les frais occasionnéspar les longs réseaux de conduites, les salles de compresseursséparées, et on limite les chutes de pression dans les conduitesd’air comprimé.

Les matériaux utilisés pour réaliser l’insonorisation doiventsatisfaire à certaines exigences :

– ininflammabilité

– insensibilité à la poussière

– insensibilité à l’huile

La laine minérale (ou fibres de verres) est principalement utiliséepour insonoriser les compresseurs. On emploie également desmatériaux en mousse exempts de CFC, difficilementinflammables, auto-extincteurs, intégrés dans le capotage ducompresseur.

Figure 12.7 :Compresseurs à vis insonorisés BOGE

12.7 Mesure du bruit

206

Coûts de l’air comprimé

13. Coûts de l’air comprimé

13.1 Composition des coûts de

l’air comprimé

Les frais d’exploitation de l’air comprimé peuvent êtredécomposés en trois parties :

– Frais de maintenance et de réparationsLes frais de maintenance comprennent le salaire du monteur,les pièces détachées et les matériaux consommables : huilede lubrification et de refroidissement, filtre à air, filtre à huile,etc.

– Coûts énergétiquesLes coûts énergétiques sont les frais d’électricité ou decarburant. Ils sont nécessaires pour chauffer le compresseur.

– Côuts financiersLes coûts financiers se composent des intérêts et duremboursement des investissements (compresseur,système de traitement et réseau de conduites) liés au capital.Ce sont les coûts d’amortissement et les coûts du loyer del’argent.

Le pourcentage représenté par les différents facteurs seradifférent en fonction des heures de fonctionnement annuelles.On comptera 2000 heures si le compresseur fonctionne 8 heurespar jour, 4000 heures s’il tourne 16 heures par jour et 7500heures par an s’il fonctionne 24 heures sur 24.

Un Kilowatt heure de 0,25 DM, une période d’amortissementdes coûts de 5 ans et un taux d’intérêt de 8 % ont été considéréspour déterminer les pourcentages.

Facteurs de coûts Heures de service par an

2000 h/A 4000 h/A 7500 h/A

[ % ] [ % ] [ % ]

Maintenance etréparations 2 2,5 2,7

Coûts énergétiques 73 84 87

Coûts financiers 25 13,5 10,3

13.1.1 Les coûts de l’air comprimé en

pourcentage

On constate clairement que les frais consacrés à l’énergiereprésentent le facteur essentiel. Les frais de maintenance etde réparations peuvent être considérés comme secondaires,les coûts financiers ont également très peu de poids à longueéchéance. Le critère principal lors de l’acquisition d’uneinstallation de compresseurs sera donc sa consommationénergétique.

Frais de maintenance et de réparations

Frais énergétiques

Coûts financiers

Figure 13.1 :Coûts de l’air comprimé en fonction de la duréed’utilisation annuelle

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2000 h/A 4000 h/A 7500 h/A

207

Coûts de l’air comprimé

13.2 Calcul de rentabilité des coûts d’énergie

Constructeur BOGE

Type Compresseur à vis

Modèle S40

( 1 ) Débit réel de l’installation (D) m³/h 303

selon PN2 CPTC2

Température ambiante t = 20°C

Pression de service bar 8

( 2 ) Consommation électrique

du compresseur kW

de la courroie kW

de l’entraînement kW

du ventilateur kW

de l’installation complète (Pe

) kW 31,89

( 3 ) Rendement du moteur (h) 92,5

pour un type de protection IP 54

( 4 ) Puissance totale absorbée (Pi) kW 34,47

dans le réseau

Pi = P

e ( 2 ) x 100 / h (3)

( 5 ) Prix du courant (c ) DM/kWh 0,25

( 6 ) Frais de courant horaires DM/h 8,62

C = Pi ( 4 ) x c ( 5 )

( 7 ) Coûts par m³ d’air comprimé DM/m³ 0,0284

CV = C ( 6 ) / D ( 1 )

( 8 ) Frais annuels

Besoins en air comprimé ( DN

) m³/h 300

Heures de fonctionnement annuelles h 2000

Consommation d’air annuelle m³ 600000

DN/A = h x D

N

( 9 ) Montant des frais annuels DM/An 17040

CA = DN/A ( 8 ) x C

V ( 7 )

( 10 ) Frais supplémentaires par an

Les pourcentages de marche à vide éventuels n’ont pas été considérés dans le calcul.

208

Certification CE

14. Certification CE

14.1.1 Directives relatives aux machines

commercialisées dans la CEE

Le sigle CE représente le passeport technique d’une machine.Depuis le 1er janvier 1995, il est interdit de vendre des machineset installations au sein des pays de la communauté européenneou de les exposer si elles ne portent pas le sigle CE.

Les machines et les dispositifs doivent ainsi satisfaire nonseulement aux directives CE „Machines“, mais aussi auxprescriptions et normes complémentaires éditées par la CE.

Directives appliquées dans le cas des compresseurs :

– Directive „Machines“ 89/392/CEE (depuis le 1.1.95)

– Directive sur les bassestensions 73/23/CEE (depuis le 1.1.1997)

– Directives sur la compatibilitéélectromagnétique 89/336/CEE (depuis le 1.1.1996)

– Directive sur les réservoirs souspression simples 87/404/CEE

La „Directive du conseil d’adaptation des prescriptions légalesdes pays membres concernant les machines“ (89/392/CEE),appelée couramment directive „Machines“, joue un rôledéterminant.

Elle ne définit pas les mesures adaptées à chaque groupe deproduits, mais impose des règles de sécurité générales dansle domaine des machines et des dispositifs sur les sitesd’installation.

Les exigences relatives à la sécurité et à la protection sanitairedemandées aux machines figurent dans l’annexe I desdirectives „Machines“ et constituent en fait la base sur laquellele fabricant va travailler.

En Allemagne, les directives „Machines“ ont par exemple étéconverties en droit national par la directive numéro 9 de la loisur la sécurité des machines (directive sur les machines).

Dans le sens de ces directives, les machines sont un ensemblede pièces ou d’éléments reliés entre eux, un au moins étantmobile, ainsi que d’actionneurs, de circuits de commande etd’énergie, assemblés dans le but d’une application précise.

Les éléments de sécurité, tels que les composants decommutation à 2 mains, sont aussi soumis aux directives. Leterme „Machines“ est donc défini de manière très large.

Certains équipements qu’il est obligatoire de spécifier ne sontpas couverts par la directive „Machines“. Ce sont, entre autres,les machines mues par la seule force musculaire.

Les compresseurs électriques de BOGE sont donc soumis auxdirectives „Machines“.

14.1 Introduction

14.1.2 Domaines d’applications

Figure 14.1Le sigle CE

Figure 14.2Les pays de la communauté européenne

209

Certification CE

14.2 Mise en service des machines

sur le marché

Les machines introduites sur le marché doivent satisfaire auxconditions énoncées ci-dessous.

– Le sigle CE doit être apposé sur la machine. Il faut qu’il soitvisible, parfaitement lisible et permanent.

– Un certificat de conformité ou du fournisseur CE doit êtrejoint à la machine. Grâce à ce certificat, le fabricant confirmeque la machine satisfait aux exigences de sécurité et queles processus prescrits dans le certificat de conformité CEou le contrôle de modèle type CE ont été respectés.

– Une documentation technique de la machine doit être dis-ponible auprès du fabricant (totalité des plans, certificats etrapports d’inspection, liste des normes et des règles desécurité respectées).

– Des instructions de service originales et des instructions deservice traduites dans la langue du pays d’utilisation doiventêtre jointes à la machine.

Par la directive „Machines“, les autorités de surveillance despays membres de la CE s’engagent à vérifier que les directivesont été respectées sur les machines portant le sigle CE enréalisant des contrôles effectués au hasard.

Des mesures doivent être prises s’il est constaté que la machineprésente une source de risques pour des personnes, animauxdomestiques ou marchandises.

Ces mesures, prises par les autorités de surveillance peuventse présenter sous forme

– d’amandes.

– d’interdiction de mise en circulation de la machine.

– de rappel de toutes les machines concernées.

Le constructeur est autorisé à apposer le sigle CE sur sesmachines dès la signature du certificat de conformité ou defournisseur CE.

Le sigle CE se compose des lettres „CE“ et éventuellement dunom du service qui a vérifié la conformité. Il doit être visible,lisible et permanent. Sa hauteur est de 5 mm au minimum. Surles machines de petites dimensions, cette hauteur minimalepourra être adaptée.

Le sigle CE n’est pas une marque de qualité ou de sécurité. Ildoit être uniquement compris comme marque d’homologation,ou passeport de la machine. Il permet la libre circulation desmarchandises au sein du marché intérieur européen.

14.2.1 Sigle CE

Figure 14.3Le sigle CE

210

Certification CE

14.2.2 Certificat de conformité CE La directive „Machines“ 89/392/CEE stipule que le constructeurde la machine ou du dispositif doit confirmer par écrit que lamachine qu’il introduit sur le marché satisfait aux exigencesde base sur le plan de la sécurité et sanitaire spécifiées dansl’annexe I de la directive.

Cette confirmation écrite doit être rédigée dans la même langueque les instructions de service. Une version dans une deslangues du pays d’utilisation doit y être jointe.

Le certificat de conformité CE doit contenir un certain nombred’informations, spécifiées ci-dessous.

– Nom et adresse du constructeur (ou de la personneresponsable dans le cas d’une communauté).

– Description de la machine ou du dispositif (modèle, type,numéro de série, etc.)

– Règlements importants auxquels la machine satisfait(spécification de toutes les directives qui s’appliquent à lamachine ou au dispositif)

– Où trouver les normes harmonisées si nécessaire

– Normes techniques et spécifications nationaleséventuellement appliquées

– Informations sur le signataire (titre, position dans l’entreprise)

– Nom et adresse du service de contrôle et de certificationaccrédité qui a effectué la vérification

Le certificat de conformité CE de la société BOGE pour lescompresseurs prêts à être raccordés est présenté sur la pagesuivante.

211

Certification CE

(D)Konformitätserklärung gemäß EG-Richtlinie 89/392/EWG(I) Dichiarazione di conformità secondo la direttiva CE 89/392/CEE(GB) Conformity declaration in accordance with EC guideline 89/392/EEC(F) Certficat de conformité selon la réglementation CE 89/392/CEE(E) Declaración de conformidad según la norma EG 89/392/CEE(P) Declaração de conformidade segundo as Normas 89/392/CEE(NL) Conformiteitsverklaring volgens EG-richtlijn 89/392/EEG(DK) Overensstemmelseserklæring i.h.t. EF-Maskindirektiv 89/392/EøF(S) Konformitetsförklaring enligt EG-riktlinje 89/392/EEC(N) Konformitetserklæring i henhold til EU direktiv 89/392/EøF

Wir - Noi - We - Nous - Nosotros - Nos - Wij - Vi - Vi - ViB O G E Kompressoren, Lechtermannshof 26, 33739 BIELEFELD

.................................................................................................................................................................................Typ/Tipo /Type/Type/ Maschinennr./ N.della maccina/ Machine No.Tipo/Tipo/ Type/Type/ N° de machine/ N° de serie/ N° da máquina/Typ/Type Machineno./ Maskin-nr./ Maskinnr./ Maskinnr

(D) Angewendete harmonisierte Normen, insbesondere :(I) Norme armonizzate applicate, in particolare:(GB) Harmonized standards applied, in particular: prEN 1012 Teil 1 Sicherheitsanforderungen Kompressoren(F) Normes harmonisées appliquées, en particulier: EN 292 Teil 1+2 Sicherheit von Maschinen(E) Normas armonizadas aplicadas, en particular: EN 294 Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsabstände(P) Normas armonizadas aplicadas, em especial: EN 60204 Teil 1 Sicherheit von Maschinen - Elektr. AusrüstungNL) Toegepaste geharmoniseerde normen, speciaal: EN 286 Teil 1 Einfache unbefeuerte Druckbehälter(DK) Anvendte harmoniserede standarder, især: EN 50081-1,2 Elektromagnetische Verträglichkeit - StöraussendungS) Tillämpade harmoniserade normerna, sårskilt: EN 50082-1,2 Elektromagnetische Verträglichkeit -StörfestigkeitN) Anvendte harmoniserte normer, særlig:

(D) Angewendete nationale Spezifikationen, insbesondere :(I) Specificazioni nationali applicate, in particolare:(GB) Harmonized standards applied, in particular:(F) Spécifications nationales appliquées, en particulier:(E) Especificaciones nacionales aplicadas, en particular: Gerätesicherheitsgesetz(P) Especificações nacionais aplicadas, em especial: Verordnungen zum Gerätesicherheitsgesetz(NL) Toegepaste nationale specificaties, speciaal:(DK) Anvendte nationale specifikationer, især:(S) Tillämpade nationella specifikationer, sårskilt:(N) Anvendte nasjonale spesifikasjoner, særlig:

Bielefeld, le Beutel, directeur développement/construction..................................................................

(D) erklären hiermit, daß der nachstehende Kompressor in der vonuns gelieferten Ausführung folgenden einschlägigen Bestimmun-gen entspricht, insbesondere: 89/392/EWG Maschinenrichtlinie,73/23/ EWG Niederspannungsrichtlinie, 87/404/EWG Richtlinieüber einfache unbefeuerte Druckbehälter, 89/336/EWG Richtlinieüber elektromagnetische Verträglichkeit

(I) dichiariamo con la presente che il compressore seguentene’llesecuzione da noi fornita corrisponde alle norme applicate, inparticolare : 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE

(GB) hereby declare that the following compressor in the designdelivered by us meets the standards applied, in particular: 89/392/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC

(F) déclarons par la présente que le compresseur délivrémentionné ci-dessous est conforme aux normes, en particulier: 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE

(E) declaramos por la presente que el compresor figurado al finalen la ejecución que hemos suministrado cumple las normasaplicadas, en particular: 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE,89/336/CEE

(NL) verklaren hiermede, dat de onderstaande compressor indedoor ons geleverde uitvoering aan de toegepaste normen voldoet,speciaal: 89/392/EEG, 73/23/ EEG, 87/404/EEG, 89/336/EEG

(DK) erklærer hermed, at følgende kompressor i den af osleverede udførelse stemmer overens med de anvendte standarder,især: 89/392/ EøF, 73/23/ EøF , 87/404/ EøF, 89/336/ EøF

(S) förklarar härmed att nedanstående kompressor i av osslevererat utförande uppfyller de tillåmpade normerna, sårskilt: 89/392/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC

(N) erklærer hermed at nedenstående kompressor i den utførelsesom er levert av oss er overensstemmelse med de anvendtenormer, særlig: 89/392/ EøF, 73/23/EøF, 87/404/EøF, 89/336/ EøF

(P)declaramos pela presente, que o compressor, a seguirmencionado na versão por nós fornecida corresponde às normasaplicadas, em especial: 89/392/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE

212

Certification CE

14.2.3 Certificat de fournisseur CE Lorsqu’une machine, un élément de machine ou un agrégatsont intégrés dans une autre machine, ou lorsqu’un élément demachine est ajouté à d’autres (parties de) machines pour n’enplus former qu’une seule, et que cette machine ou cet élémentde machine ne peut pas fonctionner tout(e) seul(e), il faut quecette machine (élément de machine, agrégat) soit accompagnéed’une déclaration du constructeur ou de la personneresponsable. Dans cette déclaration, le constructeur doitconfirmer par écrit que la machine qu’il commercialise estconforme aux exigences demandées sur le plan de la sécuritéet sanitaire spécifiées dans l’annexe I des directives „Mach-ines“ 89/392/CEE.

Cette déclaration doit être rédigée dans la même langue queles instructions de service. Une version doit être jointe dansune des langues du pays d’utilisation et accompagner chaquemachine.

Le certificat de fournisseur CE doit contenir un certain nombred’informations, spécifiées ci-dessous.

– Nom et adresse du constructeur (ou de la personneresponsable dans le cas d’une communauté).

– Description de la machine ou du dispositif (modèle, type,numéro de série, etc.)

– Règlements importants auxquels la machine satisfait(spécification de toutes les directives qui s’appliquent à lamachine ou au dispositif)

– Où trouver les normes harmonisées si nécessaire

– Normes techniques et spécifications nationaleséventuellement appliquées

– Remarque spécifiant que la mise en service est interditejusqu’à ce qu’il soit constaté que la machine dans laquellecette machine sera intégrée satisfait aux prescriptions dela directive „Machines“ CE 89/392/CEE

– Informations sur le signataire (titre, position dans l’entreprise)

– Nom et adresse du service de contrôle et de certificationaccrédité qui a effectué la vérification

Le certificat de fournisseur de la société BOGE pour lescompresseurs intégrés est présenté sur la page suivante.

213

Certification CE

(D)Herstellererklärung gemäß EG-Richtlinie 89/392/EWG(I) Dichiarazione del fabricante secondo la direttiva CE 89/392/CEE(GB) Manufacturer’s declaration in accordance with EC guideline 89/392/EEC(F) Certficat du fournisseur selon la réglementation CE 89/392/CEE(E) Nota explicativa del fabricante según la norma EG 89/392/CEE(P) Declaração de fabrico segundo as Normas 89/392/CEE(NL) Fabrieksverklaring volgens EG-richtlijn 89/392/EEG(DK) Fabrikanterklæring i.h.t. EF-Maskindirektiv 89/392/EøF(S) Tillverkarförklaring enligt EG-riktlinje 89/392/EEC(N) Produsenterklæring i henhold til EU direktiv 89/392/EøF

Wir - Noi - We - Nous - Nosotros - Nos - Wij - Vi - Vi - ViB O G E Kompressoren, Lechtermannshof 26, 33739 BIELEFELD

...................................................................................................................................................Typ/Tipo /Type/Type/ Maschinennr./ N.della maccina/ Machine No.Tipo/Tipo/ Type/Type/ N° de machine/ N° de serie/ N° da máquina/Typ/Type Machineno./ Maskin-nr./ Maskinnr./ Maskinnr

(D) Angewendete harmonisierte Normen, insbesondere : prEN 1012 Teil 1 Sicherheitsanforderungen Kompressoren(I) Norme armonizzate applicate, in particolare: EN 292 Teil 1+2 Sicherheit von Maschinen(GB) Harmonized standards applied, in particular: EN 294 Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsabstände(F) Normes harmonisées appliquées: EN 60204 Teil 1 Sicherheit von Maschinen - Elektr. Ausrüstung(E) Normas armonizadas aplicadas, en particular: EN 286 Teil 1 Einfache unbefeuerte Druckbehälter(P) Normas harmonizadas aplicadas, em especial: EN 50081-1,2 Elektromagnetische Verträglichkeit - Störaussendung(NL) Toegepaste geharmoniseerde normen, speciaal: EN 50082-1,2 Elektromagnetische Verträglichkeit -Störfestigkeit(DK) Anvendte harmoniserede standarder, især:(S) Tillämpade anpassade normer, sårskilt:(N) Anvendte harmoniserte normer, særlig:

Bielefeld, le Beutel, directeur développement/construction..................................................................

(D) erklären hiermit, daß der nachstehende Kompressor in der von uns ge-lieferten Ausführung zum Einbau in eine Maschine/Zusammenbau mit ande-ren Maschinen bestimmt ist, und daß seine Inbetriebnahme solange unter-sagt ist, bis festgestellt wurde, daß die Maschine, in die dieser Kompressoreingebaut werden soll, den Bestimmungen der EG-Richtlinie 89/392/EWGi.d.F. 91/368/EWG, 73/23/ EWG Niederspannungsrichtlinie, 87/404/EWGRichtlinie über einfache unbefeuerte Druckbehälter, 89/336/EWG Richtlinieüber elektromagnetische Verträglichkeit entspricht.

(I) dichiariamo con la presente che il compressore seguentene’llesecuzione da noi fornita è destinato al montaggio in una macchina /all’assemblaggio con altre macchine e che la sua messa in esercizio èvietata fintanto che non si sia constatato che la macchina, nella quale devevenire montato questo compressore, corrisponde alle disposizioni delladirettiva CE 89/392/CEE e seguenti 91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE,89/336/CEE

(GB) hereby declare that the following compressor in the design deliveredby us is intended for installation in a machine/assembly group in line withother machines and that it may not be commissioned until it has beendetermined that the machine in which this compressor is to be installedmeets the regulations laid down in EC guideline 89/392/EEC continued as91/368/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC

(F) déclarons par la présente que le compresseur délivré mentionné ci-dessous est apte à être monté dans une machine ou en combinaison avecd’autres machines. Sa mise en service n’est autorisée que lorsqu’il a étéconstaté que la machine, dans laquelle le compresseur doit être monté, estconforme aux clauses de la réglementation CE 89/392/CEE, par la suite 91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE

(E) declaramos por la presente que el compresor figurado al final en laejecución que hemos suministrado está concebido para el montaje en unamáquina/o montaje conjunto con otras máquinas, y que su puesta enservicio está prohibida hasta que se haya determinado que la máquina enla que tiene que montarse el compresor cumple el reglamento de la norma89/392/CEE en continuación 91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE

(NL) verklaren hiermede, dat de onderstaande compressor in de door onsgeleverde uitvoering voor montage in een machine/voor combinatie metandere machines bestemd is en dat zijn inbedrijfstelling zolang verboden is,tot vastgesteld is, dat de machine, waarin deze compressor gemonteerdmoet worden, aan de voorwaarden van de EG-richtlijn 89/392/EEG in deredactie van 91/368/EEG, 73/23/ EEG, 87/404/EEG, 89/336/EEG voldoet.

(DK) erklærer hermed, at følgende kompressor i den af os leveredeudførelse er beregnet til indbygning i en maskine/sammenbygning med an-dere maskiner, og at ibrugtagning er forbudt, indtil det er konstateret, at denmaskine, som denne kompressor skal monteres i, stemmer overens medbestemmelserne i EF-Direktiv 89/392/EøF, udgave 91/368/EøF, 73/23/ EøF,87/404/ EøF, 89/336/ EøF

(S) förklarar härmed att nedanstående kompressor i av oss levererat äravsedd för montage i en maskin/hopbyggnad med andra maskiner, och atdess igångsättning år förbjuden tills det konstaterats att den maskin, ivilken denna kompressor skall monteras, uppfyller bestämmelserna i EG-riktlinje 89/392/EEC i.d.f. 91/368/EEC, 73/23/ EEC, 87/404/EEC, 89/336/EEC

(N) erklærer hermed at nedenstående kompressor kompressor i denutførelse som er levert av oss er bestemt for installasjon i en maskin/sammenbygning med andre maskiner, og at bruk av dette er forbudt til deter fastslått at den maskinen som dette kompressor skal bygges inn i er ioverensstemmelse med bestemmelsene i EU-Direktiv 89/392/ EøF utgave91/368/EøF, 73/23/EøF, 87/404/EøF, 89/336/ EøF

(P) declaramos pela presente, que o compressor, a seguir mencionado naversão por nós fornecida, se destina a ser montado numa máquina/montagem com outras máquinas e que a sua entrada em serviçio estáinterdita até ser definido que a máquina na qual este compressor deve serinstalado, corresponde às prescrições das Normas 89/392/CEE na versão91/368/CEE, 73/23/ CEE, 87/404/CEE, 89/336/CEE

214

Annexe

A.1 Symboles

Compresseur en général Compresseur à diaphragme Compresseur à piston rotatif

Compresseur à anneau liquide Compresseur à piston alternatif Compresseur Roots

Compresseur à vis Turbo-compresseur Compresseur rotatif à palettesCompresseur rotatif

Filtre fluide en généralAppareil filtre en général

Filtre liquide en général Filtre à gaz en généralFiltre à air en général

Filtre à charbon actif Filtre à gaz à sorption

A.1.1 Symboles images définis par la nor-

me DIN 28004

Compresseurs et pompes

Les symboles suivants ont été définis dans la norme DIN28 004, partie 3. Seuls les extraits de la norme importants pourla génération de l’air comprimé ont été pris en considération.Ces symboles sont utilisés pour les représentations standarddes schémas fonctionnels d’installation technologiques.Ils sont utilisés par tous ceux qui ont participé au développement,à la planification, à l’installation et la mise en service dedispositifs technologiques, ainsi que pour illustrer la procédureemployée.

Filtres

215

Annexe

Appareil de sectionnement engénéral

Vanne d’arrêt ordinaire Vanne d’arrêt à trois voies

Robinet d’arrêt ordinaire Robinet d’arrêt à trois voies

Robinet-vanne Clapet d’arrêt

Garniture anti-retour en général Soupape ordinaire anti-retour Clapet anti-retour

Garniture à dispositif de réglagecontinu

Soupape à fonction de sécurité

Séparateur en général Séparateur centrifuge, séparateurrotatif,

Séparateur à gravitéChambre de dépôt

Séparateurs

Sécheur en général Evacuateur de condensat Réservoir en général

Divers

Accessoires de tuyauterie

216

Annexe

Compresseur Pompe à vide Moteur d’air comprimé à unedirection de flux

Moteur d’air comprimé à deuxdirections de flux

Cylindre à action simple, retoursous l’effet d’une force externe

Cylindre à action simple, retoursous l’effet d’un ressort

Cylindre à double action Cylindre à double action àamortissement unilatéral nonréglable

Cylindre à double action àamortissement bilatéral réglable

A.1.2 Symboles de commutation pour

contacts et appareils de connexion

définis dans la norme ISO 1219

Transformation de l’énergie

Les symboles suivants ont été définis dans la norme ISO 1219(8.78). Seuls les extraits de cette norme ont été considérés.

Les symboles de commutation pour contacts et appareils deconnexion servent à élaborer les plans de montage pneumatiqueset hydrauliques utilisés pour décrire le fonctionnement descommandes et des systèmes.

Clapet anti-retour sans ressort Clapet anti-retour avec ressort Clapet anti-retour commandé

Soupape d’étranglement àréduction constante

Soupape d’étranglement réglable Clapet anti-retour avecétranglement

Clapets anti-retour

Régulateurs de débit

217

Annexe

Clapet anti-retour à diaphragme Soupape de limitation de pressionréglable

Vanne de contrôle de pressionsans orifice de purge, réglable

Distributeur 2/2, position neutreouverte

Distributeur 2/2,position de coupure neutre

Distributeur 3/2, position neutrefermée

Distributeur 3/, position neutreouverte

Distributeur 3/3, position moyennefermée

Distributeur 4/2

Distributeur 4/3, position moyennefermée

Distributeur 5/2

Distributeur 4/3Position moyenne de conduite detravail purgée

Distributeurs

Soupape de mise en circuitréglable, avec purge

Vanne de contrôle de pression avecorifice de purge, réglable

Soupape d’étranglement actionnéemanuellement

Abréviation des connexions

Contrôleurs de pression

R, S, T Evacuation, purge

X, Y, Z Conduite de pilotageA, B, C Canalisation d’alimentation

P Raccord pneumatique

218

Annexe

Source d’air comprimé Canalisation d’alimentation Canalisation de pilotage

Raccord de pression(fermé)

Intersection de canalisationsRaccord de canalisation (fixe )

Raccord de pression(avec tuyauterie de raccordement)

Canalisation flexible

Sortie avec raccord de tuyau

Réservoir d’air comprimé

Filtre Séparateur d’eau actionnémanuellement

Sécheur Huileur

Séparateur d’eau à vidangeautomatique

Filtre avec séparateur d’eauautomatique

Radiateur Unité de maintenance( représentation simplifiée)

Transmission de l’énergie

219

Annexe

Manomètre Manomètre différentiel Thermomètre

Appareil de mesure de l’aircomprimé

Appareil de mesure du débitdébimètre

Interrupteur manométrique

Capteur de débit Capteur de pression Capteur de température

Appareils divers

220

Annexe

Longueurs

de x en • de x en

mm 0,03937 inch 2,54 mm

m 3,281 foot 0,3048 m

m 1,094 yard 0,914 m

Surfaces

de x vers • de x en

mm² 1,55 x 10-3 sq.inch 645,16 mm²

cm² 0,155 sq.inch 6,452 cm²

m² 10,76 sq.ft. 0,0929 m²

Volumes

de x vers • de x en

cm³ 0,06102 cu.inch 16,388 cm³

dm³(litre) 0,03531 cu.ft. 28,32 dm³(litre)

dm³(litre) 0,22 gallon(U.K.) 4,545 dm³(litre)

dm³(litre) 0,242 gallon(US) 4,132 dm³(litre)

m³ 1,308 cu.yard 0,764 m³

Débit

de x en • de x en

l/min. 0,0353 cfm 28,3 l/min.

m³/min. 35,31 cfm 0,0283 m³/min.

m³/h 0,588 cfm 1,7 m³/h

Pression

de x en • de x en

bar(abs) 14,5 psia 0,07 bar(abs)

bar(abs) 14,5+Atm. psig 0,07+Atm. bar(abs)

Force

de x en • de x en

N 0,2248 pound force(lbf) 4,454 N

kW 1,36 HP 0,736 kW

Température

de x en • de x en

°C (°C x 1,8) + 32 °F (°F -32) / 1,8 °C

Table de conversion

221

Index

AAbsorption 83Adsorbeur à charbon actif 98Adsorption 84Air comprimé

Applications 2, 21Avantages 14Composition 7Coûts de l’air comprimé 207Exemples d’applications 18Filtres 91Histoire 1Impuretés 66, 69Pertes 120

Propriétés 7Qualité 77Arrêt (L0) 52ARS 57Aspiration (puissance) 38Automatic 58Autotronic 58

BBases physiques 8Besoins en air comprimé 108, 115Durée de fonctionnementmoyenne 115Facteur de simultanéité 116Suppléments 119BruitDirectives de protection 203Effets du bruit 202

CCertification CE 208Charge partielle 53Chauffage des locaux 189

Rentabilité 190Choix d’un compresseur 137Chute de pression Dp 156Circuit de distribution 150, 151Classes de qualité 77Commande Concept ARS 57CompresseursBilan thermique 188

Compresseur à anneauliquide 32Compresseur à membrane 29Compresseur à pistonlibre 30Compresseur à pistonplongeant 27Compresseur à vis 33Compresseur axial 35

Compresseur dynamique 24Compresseur multicellulaire 31Compresseur radial 36Compresseur Roots 34

Compresseur volumétrique 24Courant d’air derefroidissement V

C174

Durée d’arrêt 129Durée de fonctionnement 129Encombrement 172Fréquence de démarrage 129

Isolation 205Installation 172Lubrifiants 50Récapitulatif 26

Température ambiante 170Types 25

Compresseurs à piston 37Domaines d’applications 125Exemple d’installation 187Modules 41Refroidissement 39Régulation 40

Compresseur à vis 42Compression 42Domaines d’application 125Exemple d’installation 186Modules 47Principe defonctionnement 43

Compresseurs 24Conception des compresseurs

Compresseur à piston 131Compresseur à vis 135

Condensat 100

Elimination 171Conduite commune 152Conduite de raccordement 151Conduites

Diamètre nominal 159Dimensionnement 158Marquage 168Matériaux utilisés 164

Consommation d’air compriméBuses 108Buses cylindriques 109Buses de pulvérisation 111Consommation totale 118Cylindres 112Outils 113Pistolets à peinture 110Courant d’air derefroidissement V

C174

Courant 13, 156Coûts

Air comprimé 206Pertes d’air comprimé 120

DDébit 38Déclaration de conformité 204Déclaration du fabricant 212

Définitions de pression 51Démarrages moteur

Détermination 130Nombre admissible 130

Diamètre intérieur du tuyau diCalcul du diamètre 161Calcul graphique 162Diagramme en colonnes 163

Directives relatives auxmachines commercialiséesdans la CEE 208Division en groupesde contrôle 142

EEchangeur de chaleur Duotherm

Duotherm BSW 191, 192Economies 191

Echangeur de chaleur 191Espace mort 38Etats de fonctionnement 52Evacuateur de condensat

Réservoir d’aircomprimé 141Séparateur centrifuge 93

Expert 143

FFiltres

chute de pression Dp 92filtre à charbon actif 97filtre stérile 99microfiltre 95préfiltre 94pression de service 92

Filtre d’aspiration 49Fluidique 5

Fuites 120

GGroupes de contrôle 142

HHumidité 70

IInspections 144, 146

Installation du compresseur 170Installations multiples 152Intensité sonore 198

Niveau d’intensitésonore 197

Isobare 8Isochore 8

Isotherme 8

222

Index

JJustificatif d’inspection 146

LLocal technique 169Loi de Blaise Pascal 3Loi de Boyle-Mariotte 7Lois

Directives appliquées surl’emplacement de travail 203Prescriptions de sécuritéappliquées aux réservoirs 142Règlements administratifsgénéraux nationaux relatifsau bruit 204Règles de sécurité applicablespar les entreprises générantdu bruit 203Règles de sécurité en vigueurpour les compresseurs 203

Longueur de tuyau équivalente 160

MMarche à vide (L1) 42

Marche à vide 54Matériaux utilisés pour réaliserles conduites 164

Tuyaux en acierinoxydable 165Tuyaux en acier sanssou dure 165Tuyaux en cuivre 166Tuyaux en matièressynthétiques 167Tuyaux filetés 164

MCS 60Mécanismes de filtrage 96Mesure du bruit 205Mode intermittent retardé 54Moteur d’entraînement 48

NNiveau de pression acoustique 196Niveau sonore 196Nombre de Reynolds Re 156Normes

DIN 28004, partie 3 214ISO 1219 (8.78) 216

OÖWAMAT 107

PPerception du son 195Personnel spécialisé 143

Plages de pression 17Pleine charge (L2) 53Pneumonique 5Point de rosée sous pression 71

Après détente 76Définition 75

Point de rosée 71Pompes à vide 24Pouvoir séparateur du filtre 91

Prescriptions de sécuritéappliquées aux réservoirs d’aircomprimé 142

Pression acoustique 196Pression 10Propagation sonore 200

QQualité de l’air comprimé

Planification 67Quantité de condensat 72

RRatiotronic 59Récupération de la chaleur 188Régénération 84

Régénération à chaleurexterne 87Régénération à chaleurinterne 86Régénération par le vide 88Régénération sanschaleur 85

Réglage de la fréquence 56Règles de protectioncontre les incendies 171

Régulation 51Régulation en charge partielle 56Régulation en marche à vide 54Régulation progressive 56Réseau de distribution 149

Avec sécheur d’aircomprimé 155Chute de pression Dp 157Sans sécheur d’aircom primé 154

Réservoir d’air comprimé 140Accessoires 147Amortissement des pulsations 140Détermination du volume 127Evacuation du condensat 141Fabrication 143Groupes de contrôle 142Inspection 144Installation 173Prescriptions de sécurité 142Série normalisée 127Stockage de l’air comprimé 140

SSéchage par réfrigération 81

Séchage 78Condensation parsurpression 80Séchage à diaphragme 82Séchage par absorption 83Séchage par adsorption 84Séchage par réfrigération 81Sécheur Conditionsd’exploitation 79Emplacement 89

Séparateur centrifuge 93Séparateur huile-eau 107Sigle CE 209Son 199Soupape à languette 49Soupape de sécurité 49, 148Supertronic 59Symboles de commutationpour contacts et appareilsde connexion 216Symboles 214Système SI 6Systèmes composés deplusieurs compresseurs 139

TTempérature 9Traitement du condensat 106Traitement 66Tuyauterie en dérivation 151Tuyauterie périphérique 150Types de régulation 54, 60

UUnités de base 6

VVentilateurs 24Ventilation 174

Artificielle 178Canaux d’entrée etde sortie de l’air 181Gaine de ventilation 182Locaux techniques 176Naturelle 177

Volume aspiré 38Volume de fuites 123

Détermination des fuites 121, 122Volume débité V 11Volume 9

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