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GUIDE PRATIQUE DE L’AIR COMPRIMÉ Ce document est une version dite simplifiée à

GUIDE PRATIQUE DE L’AIR COMPRIMÉ Ce document est une version dite simplifiée à l’usage des utilisateurs qui ne sont pas familiarisés avec le sujet de l’air comprimé. Il a pour but de présenter les principaux éléments qui impactent l’efficacité énergétique d’une installation de compression d’air. Pour les utilisateurs plus aguerris, ATEE tient à leur disposition gratuitement sur son site Internet un guide plus approfondi, version dite experte. Dernière mise à jour : 19 octobre 2020 Concepteur : Jean-Marc PIATEK Chef du Département Maîtrise de l’Energie à l’ATEE 2 1. Rechercher sur le synoptique schématisant une installation d’air comprimé d’une entreprise (slide n°8), soit la zone, soit les équipements qui vous intéressent. 2. Cliquer sur le commentaire dans la zone ou les équipements recherchés pour avoir plus de détails; zone production d’air comprimé, zone réseau et utlisation. 3. Retourner sur le synoptique pour poursuivre vers les autres équipements ; ou bien utiliser le bouton retour direct vers le synoptique. UTILISATION DU GUIDE (en mode diaporama) 3 4 messages clés au sujet de l’air comprimé 4 1/4 : L’air comprimé n’est pas gratuit < 150 kWh/Nm3 (1) (1) C’est la valeur caractéristique de la consommation spécifique (ou Indicateur de Performance Energétique) dans le cas d’une installation optimisée, production et distribution sur le réseau d’air comprimé incluses, au niveau d’un poste utilisateur alimenté avec une pression de 6,5 bars effectifs (à l’entrée du poste), exprimé en kilowattheure électrique consommé par normo mètre cube d’air comprimé produit : une installation optimisée devrait se positionner en dessous de cette valeur. 2/4 : Répartition usuelle des coûts d’une installation d’air comprimé (2) A défaut d’informations précises, sur la durée de fonctionnement d’un compresseur, 75% est une répartition usuelle des coûts énergétiques d’une installation d’air comprimé. La répartition des coûts est variable d’une installation à l’autre, et dépend des coûts d’achat des équipements, des frais d’installation des équipements et du réseau de distribution, des coûts de maintenance … sans oublier le coût de la consommation d’électricité. 5 75% (2) 6 3/4 : Faire la chasse aux fuites < 10 % (3) Avant de débuter des adaptations sur l’installation d’air comprimé, travaux de tuyauterie et achats de compresseurs, il est hautement conseillé de rechercher les fuites d’air comprimé. Une fuite d’air comprimé est une perte d’énergie qui peut être résolue, bien souvent, à faible coût et sans compétence spécifique. (3) C’est le taux de fuite usuellement accepté pour une installation optimisée sur un réseau fonctionnant entre 7 et 6 bars effectifs. Idéalement, le taux de fuite d’un réseau d’air comprimé entretenu se situe en dessous de cette valeur. 7 4/4 : Suivre une démarche structurée Plan-Do-Check-Act (4) (4) Planifier (Plan) votre démarche d’efficacité énergétique en commençant par les actions qui ne nécessitent pas d’investissement et consolident l’état de l’installation : fuite, perte de charge, régulation, pression utile des machines… procéder si besoin à un diagnostic de l’installation air comprimé avec un BE spécialisé – Réaliser (Do) les actions d’amélioration – Contrôler (Check) les résultats à l’aide de la mesure et des indicateurs de performance énergétique – Réagir (Act) pour améliorer continuellement les actions d’efficacité énergétique déjà entreprises. 8 Partie production air comprimée Partie réseau et utilisation MACHINES 9 Fuites Les fuites d’air comprimé représentent de l’énergie perdue. En pratique, on considère qu’un taux de fuite inférieur à 10% constitue un réseau d’air comprimé avec un taux de fuite contenu, c’est-à-dire acceptable, mais bien entendu, on cherchera à obtenir un taux de fuite le plus faible possible. Dans les entreprises, il n’est pas rare d’avoir des taux de fuite plus importants de l’ordre de 20 à 30%, avec parfois dans les cas de réseaux mal entretenus des taux qui atteignent les 50%. La réduction des consommations d’énergie commence donc par la détection et la limitation des fuites d’air comprimé sur l’ensemble d’un site. Les fuites peuvent apparaître n’importe où dans le réseau. Toutefois, la majorité des fuites se localisent au niveau des raccords, flexibles, régulateurs de pression, vannes, les bras morts du réseau…. 10 Méthodes de détection et d’évaluation • Ecouter l’atelier au repos, en fin de journée de travail lors d’une ronde, lorsque l’ambiance sonore est plus calme pour localiser les chuintements, • Badigeonner les surfaces suspectes avec de l’eau savonneuse, ou un aérosol détecteur, détection par la formation de bulles • Utiliser un détecteur acoustique à ultrasons pendant la marche d’un atelier afin de localiser les fuites les plus importantes, la détection s’opère à proximité de la fuite, • Utiliser une caméra acoustique ultrasonore lorsque la détection s’effectue dans des ambiances bruyantes et à distance de la fuite, (slide suivant, comment évaluer un taux de fuite…) Fuites 11 Evaluer un taux de fuite Qf/Q (%) • Mesurer le débit Q d’un (des) compresseur(s), • Monter en pression le réseau à une pression P’ supérieure à la pression de service P, • Isoler les compresseurs, et chronométrer le temps t1 pour que la pression dans le réseau chute de P’ à P (emplacement préférentiel du manomètre en bout de réseau), • Ouvrir la vanne d’isolement des compresseurs, chronométrer le temps t2 pour que la pression augmente de P à P’ à l’aide du ou des compresseurs débitant Q (Nm3/h). L’évaluation du taux de fuite se calcule à l’aide de la formule: Qf / Q (%) = t2 / (t1 + t2) x 100 Fuites Retour Synoptique 12 Les pertes de charge (pression) dans un réseau sont dues aux frottements de l’air au cours de son trajet dans les canalisations (pertes de charge linéique) et au travers des accessoires de robinetterie et raccords (perte de charge singulière). Les pertes de charge évoluent en fonction de la rugosité des parois, de la masse volumique de l’air, du débit d’air, du diamètre de la canalisation ou de la section de passage et donc de la vitesse (formule simplifiée). La vitesse de l’air comprimé est un paramètre qui permet de trouver le compromis économique dans la conception du réseau. En augmentant le diamètre des tuyauteries, la vitesse diminue ainsi que les pertes de charge, le coût des tuyauteries augmente mais les compresseurs sont moins sollicités. A l’inverse, en réduisant le diamètre des tuyauteries, la vitesse augmente ainsi que les pertes de charge, le coût des tuyauteries est plus faible mais il faut compenser les pertes de charge par un fonctionnement plus important des compresseurs. En pratique, dans les canalisation principales et secondaires, la vitesse de l’air comprimé est comprise entre 2 à 10 m/s, pour des canalisation longues (plus de 1 km) entre 2 et 5 m/s. Perte de charge 13 Formule simplifiée pour le calcul des pertes de charge linéiques. Cette formule est utile pour faire le lien avec les conseils, présentés à la slide suivante, pour réduire les pertes de charge. ∆P = λ ∗ϱ ∗L ∗V2 D ∗2 ∆P : perte de charge en Pascal (Pa ou N.m-2) ϱ : masse volumique de l’air (kg.m-3) V : vitesse moyenne de l’air (m.s-1) D : diamètre intérieur (m) L : longueur parcouru (m) λ : coefficient de perte de charge (sans dimension) Perte de charge 14 Conseils pour réduire les pertes de charge: • Il est recommandé de dimensionner largement les tuyauteries d’une nouvelle installation, en les choisissant d’une à deux tailles supérieures à ce qu’indiquent les calculs (les OPEX ou dépenses d’exploitation dont les coûts d’électricité sont supérieurs au CAPEX ou dépenses d’investissement dont l’achat des tuyauteries). Dit autrement (voir formule slide précédent), si le diamètre D est plus grand, alors la vitesse de l’air est plus petite, les pertes de charge deviennent plus faibles et donc la puissance appelée des compresseurs diminuent réduisant ainsi la consommation d’électricité), • Question matériau pour les tuyauteries, il vaut mieux éviter l’acier noir et l’acier galvanisé pour minimiser les pertes de charge (diminution du coefficient λ), (suite, slide suivant…) Perte de charge 15 • Compte tenu des prix élevés de l’électricité, le remplacement des canalisations afin de diminuer les pertes de charge peut devenir rentable grâce aux économies d’énergie induites, quelques ratio à garder en tête: •La division par 2 du diamètre d’une canalisation, en gardant le même débit d’air, augmente la vitesse de l’air et donc les frottements à tel point que la perte de charge est multipliée par 39, •Le doublement à l’identique d’une canalisation divise le débit de l’air par 2, donc la perte de charge par 4, •Le remplacement de deux canalisations de diamètre 120 mm par une seule canalisation de diamètre 170 mm (donne les mêmes sections de passage) maintient le débit et la vitesse de l’air aux mêmes niveaux, mais divise les pertes de charge par 3,2. (suite, slide suivant…) Perte de charge (suite, conseils pour réduire les pertes de charge) 16 Perte de charge (suite, conseils pour réduire les pertes de charge) • Créer un réseau bouclé. Le bouclage permet une alimentation en air supplémentaire par raccordement à un consommateur proche, • Réduire les longueurs du réseau, • Préférer les vannes à passage intégral et les raccords sans changement brusque de section (perte de charge uploads/s3/ guide-pratique-de-l-x27-air-comprime-v2020.pdf