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Guide technique Systèmes de compression et de réfrigération L e s é c o n o m i

Guide technique Systèmes de compression et de réfrigération L e s é c o n o m i e s d ' é n e r g i e é l e c t r i q u e d a n s l e s s y s t è m e s d e c o m p r e s s i o n e t d e r é f r i g é r a t i o n © 1994 Hydro-Québec I La mission première d'Hydro-Québec consiste à produire et à distribuer une énergie électrique fiable et économique, tout en respectant l'environnement. Pour y parvenir, Hydro-Québec entend collaborer avec les entreprises commerciales, institutionnelles et industrielles. Cette collaboration permettra aux consommateurs d'utiliser efficacement l'électricité, d'atteindre un meilleur rapport coûts-bénéfices et d'accroître leur rentabilité et leur compétitivité. A v i s Hydro-Québec publie ce Guide à l'intention de sa clientèle industrielle. L'information, qu'il contient, provient de sources diverses et fiables. Nous ne prétendons pas qu'il s'agit d'un recueil exhaustif ; il existe probablement d'autres méthodes et d'autres moyens valables pour optimiser la consommation d'énergie électrique des systèmes de compression et de réfrigération. Par ailleurs, la référence à un fabricant, à une marque de commerce, à un procédé ou à un produit n'est donnée qu'à titre d'information, et ne saurait engager la responsabilité d'Hydro-Québec ou de ses représentants. De même, Hydro-Québec, ses représentants et ses gestionnaires ne se portent pas garants du rendement des équipements et des appareils dont il est fait mention dans ce Guide, ni des résultats obtenus à la suite d'un usage particulier. Pour faciliter la compréhension, nous avons utilisé les unités du système américain plutôt que celles du système international. Le lecteur pourra consulter, au besoin, la table de conversion présentée en annexe. II La puissance installée des systèmes de compression représente une part importante de la force motrice. Les systèmes de compression regroupent, notamment, les appareils servant à la production de gaz surpressés ou comprimés, et les appareils de réfrigération. Hydro-Québec publie ce Guide afin de promouvoir les principales mesures d'économie d'énergie électrique (MEEE) applicables aux systèmes de compression et de réfrigération. Les objectifs principaux de ce Guide sont les suivants • Faire connaître les domaines offrant un potentiel d'économie d'énergie électrique ; • Indiquer les principales variables à considérer dans la recherche, le développement et l'application de MEEE ; • Établir une liste non exhaustive de MEEE ; • Établir des méthodes de calcul d'économie d'énergie électrique ; • Éviter des erreurs dans les analyses préliminaires ou de faisabilité ; • Uniformiser le vocabulaire. Les premiers chapitres, présentent une revue générale de la théorie des systèmes de compression et de réfrigération. Les chapitres suivants traitent des différentes mesures d'économie d'énergie électrique applicables aux systèmes de compression et de réfrigération. Ces mesures ont été regroupées comme suit • La réduction de la charge de compression et de réfrigération ; • L'amélioration des dispositifs de régulation ou de commande ; • L'optimisation de l'efficacité ; • L'entretien ; • La récupération de la chaleur. Les derniers chapitres, traitent de l'évaluation financière des mesures d'économie d'énergie, des méthodes et des paramètres de mesure, ainsi que des logiciels d'analyse des systèmes de compression et de réfrigération. III A v a n t - p r o p o s A v i s I n t r o d u c t i o n T a b l e d e s m a t i è r e s L i s t e d e s f i g u r e s L i s t e d e s t a b l e a u x L i s t e d e s e x e m p l e s SECTION 1 1 . 0 S y s t è m e s d e c o m p r e s s i o n , d e v i d e e t d e r é f r i g é r a t i o n .................................1 1.1 Systèmes de compression ...............................................................................................1 1.1.1 Généralités ..........................................................................................................1 1.1.2 Types de compresseurs .....................................................................................1 1.1.3 Description des systèmes de compression ....................................................5 1.2 Systèmes de vide ..............................................................................................................6 1.2.1 Généralités ..........................................................................................................6 1.2.2 Types de pompes à vide ...................................................................................7 1.2.3 Description des systèmes de vide ....................................................................7 1.3 Systèmes de réfrigération ................................................................................................8 1.3.1 Généralités ..........................................................................................................8 1.3.2 Types de compresseurs de réfrigération .........................................................8 1.3.3 Description des systèmes de réfrigération .....................................................9 SECTION 2 2 . 0 R e v u e d e l a t h é o r i e d e s s y s t è m e s d e c o m p r e s s i o n , d e v i d e e t d e r é f r i g é r a t i o n .........................................................................10 2.1 Nomenclature .................................................................................................................10 2.2 Thermodynamique des gaz............................................................................................11 2.2.1 Lois de la thermodynamique ..........................................................................12 2.2.2 Équations d'état ...............................................................................................12 2.2.3 Règles de mélange ...........................................................................................13 2.2.4 Psychrométrie et humidité .............................................................................13 2.2.5 Air normalisé et calcul des débits volumétriques.........................................15 2.3 Théorie de la compression des gaz ..............................................................................19 2.3.1 Processus de compression .............................................................................19 2.3.2 Température à la fin de la compression .......................................................20 2.3.3 Compression multiétagée avec refroidissement...........................................20 2.3.4 Calculs du travail et de la puissance ..............................................................21 2.3.5 Calcul estimatif de la puissance d'un compresseur d'air ............................22 2.4 Applications des formules précédentes aux compresseurs d'air et de gaz .............24 2.4.1 Généralités ........................................................................................................24 2.4.2 Applications aux compresseurs alternatifs ...................................................24 2.4.3 Applications aux surpresseurs à lobes droits ...............................................25 2.4.4 Applications aux compresseurs à injection de liquide ................................25 2.4.5 Applications aux compresseurs rotatifs .......................................................26 IV 2.4.6 Applications aux compresseurs dynamiques ...............................................27 2.4.6.1 Principes de fonctionnement .......................................................27 2.4.6.2 Courbes caractéristiques et courbes de système.........................27 2.4.6.3 Vitesse spécifique............................................................................29 2.4.6.4 Lois de similitude ............................................................................29 2.4.6.5 Pompage...........................................................................................29 2.4.6.6 Limite de débit en raison du blocage sonique ............................30 2.5 Régulation du débit volumétrique des compresseurs ..............................................30 2.5.1 Généralités........................................................................................................30 2.5.2 Compresseurs alternatifs ...............................................................................30 2.5.3 Compresseurs à vis .........................................................................................32 2.5.4 Compresseurs centrifuges ..............................................................................34 2.5.5 Sommaire des principales caractéristiques des dispositifs de régulation des compresseurs ............................................................................................37 2.6 Traitement de l'air comprimé ......................................................................................39 2.6.1 Assèchement de l'air comprimé.....................................................................39 2.6.1.1 Généralités ......................................................................................39 2.6.1.2 Sécheurs du type chimique ...........................................................41 2.6.1.3 Sécheurs réfrigérants ......................................................................41 2.6.1.4 Sécheurs par adsorption ................................................................41 2.6.2 Filtration d'air comprimé................................................................................45 2.7 Distribution d'air et de gaz comprimés ......................................................................47 2.7.1 Réseau de distribution d'air ou de gaz comprimé ......................................47 2.7.2 Réservoirs d'air comprimé .............................................................................48 2.8 Bilan énergétique' d'un système d'air comprimé .......................................................48 2.9 Applications aux systèmes de réfrigération ...............................................................49 2.9.1 Cycles de réfrigération par compression de vapeur ...................................49 2.9.2 Types de fluides frigorigènes .........................................................................51 2.10 Applications aux systèmes de vide ............................................................................52 2.10.1 Niveaux de vide pour les systèmes industriels .........................................52 2.10.2 Pression absolue minimale à l'aspiration d'une pompe à vide ................52 2.10.3 Pression absolue à l'aspiration d'une pompe à vide liée aux facteurs inhérents au système ........................................................53 2.10.4 Temps requis par une pompe à vide pour abaisser la pression .............53 2.10.5 Résistance des réseaux de captation dans les systèmes de vide .............54 SECTION 3 3 . 0 C a l c u l d e s m e s u r e s d ' é c o n o m i e d ' é n e r g i e é l e c t r i q u e ....................................................................................56 3.1 Calcul des économies d'énergie électrique..................................................................56 3.2 Considérations relatives à l'évaluation de la puissance en fonction des économies d'énergie .........................................................................57 3.3 Sommaire des principales mesures d'économie d'énergie électrique .....................58 SECTION 4 4 . 0 M e s u r e s d ' é c o n o m i e d ' é n e r g i e p a r l a r é d u c t i o n d u d é b i t e t d e l a d e m a n d e 61 4.1 Généralités ......................................................................................................................61 4.2 Estimation des frais d'énergie de gaz comprimé ......................................................61 4.3 Réduction des fuites dans un système d'air comprimé ............................................62 4.4 Optimisation des usages d'air comprimé ...................................................................67 V 4.5 Réduction de la pression des régulateurs des équipements fonctionnant à l'air comprimé ..................................................................................................70 4.6 Réduction des purges à un niveau nécessaire ............................................................77 SECTION 5 5 . 0 M e s u r e s d ' é c o n o m i e d ' é n e r g i e é l e c t r i q u e p a r l a r é d u c t i o n d e l a p r e s s i o n ...........................................................................................82 5.1 Généralités ......................................................................................................................82 5.2 Réduction du point de consigne de la pression de refoulement des compresseurs ...........................................................................................................82 5.3 Réduction des pertes de pression d'un réseau de distribution ................................85 5.4 Installation de réservoirs d'appoint dans un réseau de distribution .......................88 SECTION 6 6 . 0 m e s u r e s d ' é c o n o m i e d uploads/Industriel/ systemes-refrigeration-et-froid.pdf