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1 Economie d’Energie sur les installations d’Air comprimé NOTIONS DE BASE 2 L'a

1 Economie d’Energie sur les installations d’Air comprimé NOTIONS DE BASE 2 L'air comprimé est très utilisé dans le secteur industriel. Il permet le fonctionnement de nombreux systèmes et matériels comme les vérins, les outils et machines à percussion,les détecteurs,les machines de sablage, de revêtement,etc. INTRODUCTION 3 RAPPEL DES UNITES 4 PRESSION : c'est la première grandeur, fondamentale, qui caractérise l'énergie pneumatique. On la mesure souvent en donnant la différence avec la pression atmosphérique. PRESSION absolue = PRESSION relative + PRESSION atmosphérique. L'unité de pression du système international (SI) est le Pascal mais l'unité usuelle en pneumatique est le bar. 1 Pa = 1N/m² 1 bar = 1daN/cm² 1 Pa = 105 Pa LES NOTIONS CLEFS DE L’AIR COMPRIMÉ La pression absolue (pa) est celle donnée par rapport au point de pression nulle. Elle nécessaire à toute considération théorique tant dans les techniques du vide et d’aspiration que dans celles de soufflerieet de ventilation. La pression relative (la surpression) est la grandeur déterminée par la mesure et est définiepar rapport à la pression atmosphérique. En pratique on parle en général de surpression, car les appareils de mesure indiquent la surpression. 5 Température : Exprimée en degré Celsius (°C). Les degrés Kelvin (0°C = 273,15 K) servent aux calculs. Débit réel : c’est le débit ramené aux conditions d’aspiration du compresseur à la températureet à la pression de l’ambiance. Normaux mètres cubes (Nm3) : Le volume d’une certaine quantité de gaz est exprimé en m3. il dépend de la température, de la pression absolue et de la teneur en humidité de ce gaz. Pour le cas d’un mètre cube normal Nm3, on considère que le gaz se trouve sous pression1,01325 bar, à une températurede 0°C et à l’état sec (HR =0%). Le débit sera exprimé en Nm3/h. Puissance normale ou puissance plaquée (kW) : c’est l’indication de la puissance utile, nominale et caractéristique, indiquée notamment sur la plaque signalétique du moteur. 6 Puissance absorbée aux bornes (kW) : c’est la puissance électrique demandée au réseau d’alimentation électrique. Cette puissance prend en considération le rendementdu moteur électrique. C’est la valeur qui doit être retenue pour exprimer les performances du compresseur. Puissance absorbée sur l’arbre (kW) : c’est la puissance mécanique nécessaire à l’entrainementde l’élément compresseur. ( 1 cv = 0,736 kW). Cs : Consommation Spécifique (Wh/Nm3) La consommation spécifique représente l'énergie nécessaire pour fournir le débit réel. Elle doit être exprimée par le rapport entre l'énergie électrique absorbée par le compresseur et le débit d'air réellementdélivréaprès sa bride de sortie. Composition d’air : L’air ambiant à être comprimé à son état sec est composé en volume : L’air ambiant contient également de l’eau sous forme de vapeur dont la quantité varie fortement en fonction de la température Teneur en eau : la quantité maximale de vapeur d’eau contenue dans l’air est décrite par la pression de vapeur saturante Ps. Lorsque la températureaugmente cette capacité d’absorption augmente également. 7 Humidité de l’air Humidité maximale hmax [g/m³] L’humidité maximale hmax(volume de saturation) représente la quantité maximale de vapeur d’eau contenue dans 1 m³ d’air à une certaine température. Humidité absolue h [g/m³] L’humidité absolue h représente la quantité de vapeur d’eau réellement contenue dans 1m³ d’air. Humidité relative [%] L’humidité relative de l’air représente le rapport entre l’humidité absolue et l’humiditémaximale Teneur en eau de l’air 8 Quantité de condensat lors de la compression Exemple : la quantité de condensat mc : Soit de l’air avec un taux d’humidité relative de 60% et à une température de 42°C. l’air est comprimé à 7 bar et immédiatement refroidi à 25 °C, il se formera par condensation30g d’eau par m3 d’air comprimé. 9 Pourquoi purifier l’air ? L’air pollué peut causer des problèmes ou des dégâts dans le réseau d’air comprimé. Un air pur garanti le bon fonctionnement des composants connectés, tels les distributeurset les vérins. Qui sont les pollueurs ? Les pollueurs sont essentiellement: - les particules solides (poussière, suie, produits d’abrasion et de corrosion, …) que l’on peut classifier en fonction de leur taille (grosses > 10 µm, petites de 1 à 10 µm et très fines <1µm) ; - l’eau : lors du refroidissement de l’air comprimé, il se forme une quantité importante de condensation. Si l’air n’est pas asséché, la corrosion s’installe et endommage les composants; - l’huile : une concentration d’huile peut boucher les parties pneumatiques sensibles et emporter ou endommagerles couches grasses de protection. 10 Une classification de la qualité de l’air comprimé a été établie (norme ISO 8573-1) : Par exemple, les classes très génériques suivantes : L’air puissance : - Particule : 4, - Eau : 4, - huile : 3 L’air instrument de contrôle : - particule : 4, - eau : 4, - huile : 3 L’air sur process spécifique, avec des qualités élevées Le besoin de puissance pour la compression Pour la description thermodynamique du changement d’état de l’air (Compression/détente/refroidissement) l’air est considérécomme un GAZ PARFAIT P x V = n x R x T R= 8,3144 J/mol K Le produit de la pression par le volume est proportionnel à la température. La compression est considérée Isotherme (variation de la pression à une température constante ) et adiabatique ( variation de la pression sans ajout et sans apport de chaleur) P1 x V1 = P2 x V2 11 Zone de fonctionnement des compresseurs d’air CIRCUIT D’AIR COMPRIME 12 Le compresseur Produire de l'air comprimé peut se faire par deux méthodes: - La compression dynamique (transformation de la vitesse de l'air en pression): compresseurs centrifuges et compresseurs axiaux. - La compression volumétrique (réduction de volume à l'aide d'un élément comprimant): compresseur alternatifs (le plus souvent à piston) et rotatifs (compresseurs à vis, à palettes, à engrenages et à anneaux liquides). La Famille des compresseurs 13 Le réservoir Le réservoir permet d'obtenir momentanément une distribution d'air supérieure au débit délivré par le compresseur, de maintenir une pression quasi constante dans le circuit, de refroidir l'air comprimé et de récupérer le condensat. Le sécheur Le rôle du sécheur est de diminuer la teneur en vapeur d'eau de l'air comprimé. Cette vapeur d'eau, en se condensant peut en effet avoir de graves conséquences sur le réseau et l'outillage. Deux méthodes principales: le séchage par adsorption et par réfrigération. Les filtres Les filtres limitent la concentration des particules, de l'huile et de l'eau qui sont véhiculéespar l'air comprimé dans le réseau. Les purgeurs de condensat Les purgeurs évacuent les condensats (eau condensée mélangée avec de l'huile,...) généréspar la production d'air comprimé. 14 Le séparateur Le séparateur reçoit les condensats en provenance des purges. Sa fonction est de séparer l'huile de l'eau, évitant ainsi tout risque de rejet polluant. Le réducteur /régulateur de pression le réducteur de pression est utilisé pour alimenter les installations pneumatiquesde mesure, contrôle et régulationen énergie auxiliaire constante EXPLOITATION OPTIMALE 15 CONSOMMATION ENERGETIQUE Achat 12% Installation 3% Maintenance 10% Energie 75% Toute industrie est équipée d’un réseau d’air comprimé : Pratiquement chaque site industriel a besoin d’air comprimé. Sa consommation d’électricitéreprésenteentre 1% et 25% selon les secteurs. Le secteur où ce poste pèse le plus sur la facture d’électricité est celui des fabricationsmétalliques. Dans l’industrie agroalimentaire, il représente en moyenne 5% de la facture mais peut varier fortementd’une entrepriseà l’autre, selon le type d’activité. Le rendement des installations d’air comprimé est très souvent médiocre …. Il n’est pas rare de rencontrer des installations dont le rendement se limite à 10% ou à15%. Les « kWh pneumatiques » coûtent alors jusqu’à 10 fois le prix des kWh électriques !!! 16 ….maispeut être très facilement amélioré à peu de frais Il n’est pas rare non plus de pouvoir diminuer les consommations d’électricité d’une installation d’air comprimé de 25% à 30% voire même parfois jusque 50%. Les 8 action d’économies d’énergie sur un réseaud’air comprimé L’économie d’énergie est l’affaire de tout le personnel! Vous êtes prêt de gagner l’enjeu ? COMMENT PEUT ON LE FAIRE ?! 17 Régulateur de pression. Avez-vous besoin de produire de l’air comprimé à ce niveau de pression ? ї VériĮez si vous avez toujours besoin de produire de l’air comprimé à cette pression. - En général, les machines ne nécessitent que 6 bars. - Une diminution de la pression de 1 bar génère quelques 5% d'économie d'électricité. Action : Si votre pression nominale est inutilement élevée, diminuez par paliers, jusqu’à atteindre vos besoins effectifs Dans le local technique : AMÉLIORATIONS : COÛT ZERO Les compresseurs sont-ils arrêtés quand il n’y a pas de demande d’air ? ї Très souvent, l’installaƟon est maintenue en pression même lorsque l’atelier ne travaille pas. Si aucune application ne doit impérativement être maintenue en pression, il n’est pas nécessaire de maintenir le réseau en pression. Vu l’existence de fuites, les compresseurs vont consommer de l’électricité tout à fait superflue. Action : Vérifiez que les compresseurs sont éteints le plus souvent possible (nuits, week end, jours fériés). Vérifiez que les réglages de coupure par horloge en tiennent bien compte. Dans le local technique : AMÉLIORATIONS : COÛT ZERO 18 Dans le uploads/Industriel/ economie-d-x27-energie-sur-les-installations-d-x27-air-comprime.pdf