6 Octobre 2015 Atelier AIR COMPRIME

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1 6 Octobre 2015 Atelier AIR COMPRIME Club AIRM Intervenante : Fabienne ANSELIN CAP-50 cap-50@orange.fr

2 Atelier AIR COMPRIME OPTIMISATION DES INSTALLATIONS D AIR COMPRIME AC : environ 10 % de l électricité consommée en INDUSTRIE Usages : Les automatismes (distributeurs et vérins) outils pneumatiques, Le sablage et grenaillage La peinture Le transport pneumatique Le soufflage L agitation de bains, l aération de bassins Le refroidissement de pièces etc Et vous, quelles sont les applications de l AC dans votre entreprise? 2

3 Atelier AIR COMPRIME Caractéristiques de l AIR COMPRIME L air comprimé est un vecteur d énergie qui coûte très cher : La MAJORITE de l énergie fournie pour faire de l air comprimé est convertie en chaleur. le rendement global du système «air comprimé»: production/distribution/usage ne dépasse pas 10%. Exemple: pour faire le même travail qu un outil électrique de 750 watt (perceuse, meuleuse) un outil pneumatique équivalent fonctionnant à une pression de 6 bar consommera 60 m3/h d air ce qui nécessitera un compresseur de puissance 7,5 kw. L air comprimé représente un coût important pour l entreprise -> A OPTIMISER Prix de revient du m3 d air : Les dépenses annuelles sont de deux ordres: Amortissement / d entretien La consommation d énergie électrique (kwh du compresseur ET des auxillaires total des dépenses annuelles Coût du m3 d air comprimé = nombre de m3 d air produits 3

4 Prix de revient -AIR COMPRIME Exemple: compresseur à vis 55 kw - sans traitement d air - Débit maximal: 552 m3/h Supposé en bonne charge en 3x8 : Nombre de m3/par an: kwh/an correspondants: Investissement : 32000, Coût annuel, sur 10 ans, intérêts 4% = 4150 / an Entretien: 3000 /an Energie électrique: kw/h x 0,085 /kwh = /an Coût total annuel: /an Coût du m3 d air : / = 1,20 ct /m3 Note: si ensemble de traitement d air ajouter entre 0,20 ct /m3 et 0,80ct /m3 suivant type de sécheur d air comprimé. 4

5 Prix de Revient Air Comprimé Raisonnement en coût global : Le poste pèse très lourd! -> démarche d optimisation : Utiliser à bon escient : usages? Distribuer efficacement : réseau? Produire efficacement : performance compresseur et auxilliaires 5

6 Atelier AIR COMPRIME Le compresseur : aspire l air ambiant et e refoule dans le réseau Caractérisé par : débit en m3/h - pression de service en bar - puissance nominale en kw. Note: compter environ 1kW pour produire 10 m3/h pour une pression de 7 bar. Différents types de compresseurs : alternatifs à pistons et rotatifs à vis lubrifiée 6

7 Atelier AIR COMPRIME Compresseurs à pistons : plutôt petites puissances, usages intermittents Avantages: - Très large gamme de pression (1 à 70 bar) - Coût d investissement et d entretien faible, facilement réparable. - Régulation «marche-arrêt» simple et économique (avec des écarts de pression). Inconvénients: - Nécessite un taux de charge réduit avec marche à vide ou arrêt pour se refroidir. - Génère des vibrations et du bruit, air chargé en huile - Son rendement décline avec l usure/ l encrassement des clapets - Nécessite un réservoir d air de taille suffisante pour éviter des démarrages fréquents Les compresseurs rotatifs à vis lubrifié Avantages: - Large Gamme de puissance (débits de 20 à m3/h), pression 5 à 14 bar - Pas ou peu d usure du bloc de compression à vis. Durée de vie env. 40 à h - Rendement constant (1 peu supérieur aux pistons), moins de vibration et de bruit - Conduite et entretien facilités avec tableau de bord électronique à affichage - Peu d entraînement d huile dans l air, faible température de sortie de l air - Fonctionnement à pleine charge possible en permanence Inconvénients: - - Forte consommation électrique en marche à vide (+ de 25% de pleine charge) Daniel - Coût d investissement ET maintenance plus élevé que les pistons 7

8 Air Comprimé : modes de régulation Moteur à vitesse FIXE : Régulation Marche en Charge/à Vide Consommation parfois importante à vide sur ses heures de fonctionnement : ATTENTION au dimensionnement! 8

9 Air Comprimé : modes de régulation Moteur à vitesse VARIABLE : Régulation du niveau de pression attendu En général, charge de 30 à 80 %, compresseur toujours en charge Coût INVESTISSEMENT + élevé, performance «dégradée» à petit débit 9

10 QUALITE de l air produit Eliminer les particules : FILTRE Eliminer la vapeur d eau (éviter condensation) : Sécheur (frigorifique / Adsorption) Attention : La qualité d air comprimé a un coût. Consommation énergétique moyenne des sécheurs d air comprimé: Type frigorifique: point de rosée +3 C. 4kWh / 1000 m3 Type adsorption par régénération air sec: point de rosée -20 C 18 kwh / 1000 m3 Type adsorption régénération en air chaud externe : point de rosée -20 C 7 kwh / 1000 m3 - > Ne pas faire de la sur-qualité d air: Est-il nécessaire de traiter tout le réseau avec la même qualité? Adapter la qualité d air localement suivant les applications et suivant les saisons (risque ou non de gel) Ne pas oublier la récupération des condensats. L eau liquide / huile est extraite du circuit d air par les purgeurs de condensats -> à faire éliminer (après séparation) 10

11 Optimisation des installations 1/ Réduire / Limiter ses USAGES : - Pression du réseau au JUSTE besoin (7 bars) - Sectionner l ai sur machines / ilôts non utilisés - couper l air la nuit / le week-end si pas indispensable 2/ Optimiser la production et la distribution - Production : mesurer possible du ratio kwh/m3 produit? (bon ratio : 0,110 kwh/m3 sans traitement d air, 0,115 à 0,120 kwh/m3 avec filtres et sécheur - Un ratio de 0,140 est plutôt mauvais) - Réseau : bouclage réseau, limiter les coudes, chasse aux FUITES! 11

12 AC : Mesure du taux de Fuites Méthode simple à l aide du réservoir d air fuites Réseau : a) S assurer que tous les appareils pneumatiques de l atelier soient à l arrêt et isolés du circuit de distribution d air. b) Vérifier que le réservoir a atteint la pression de service: exemple 7,5 bar. c) Arrêter le compresseur. d) Chronométrer le temps en secondes pour que la pression chute de 1 bar. Volume réservoir en m3 x 3600 Débit de fuites en m3/h = temps en secondes Taux de fuite en % = débit de fuites (m3/h) / débit moyen d AC (m3/h) Les taux rencontrés sont souvent compris entre 15 et 30% -> coût important : temps de retour chasse au fuites : court! -> Ne pas laisser tourner le système d AC en l absence de production! 12

13 Optimisation des consommations AC Repenser / Adapter les usages : Soufflage pour refroidir/sécher des pièces: soufflante basse pression au lieu de 7 bar Soufflage pour sélectionner/éjecter : envisager un système mécanique Soufflage pour agiter ou aérer des bains : soufflante basse pression 0,3 bar. Production de vide industriel sur ventouses: remplacer l aéroéjecteurs à 7 bar par PAV Outils portatifs avec batterie électrique Soufflettes basse pression! Adapter le réseau et la pression de service sans que cela affecte le fonctionnement : Bouclage des réseaux, bon dimensionnement et faible rugosité des tuyaux (0,1 bar perte!) La plupart des outils pneumatiques fonctionnent très bien avec 5 bar ce qui de plus cause moins de casse. Le gain d énergie procuré avec une baisse de pression de 1 bar (ex: 7 à 6 bar) = 7% Agir contre tous les obstacles qui causent des pertes de charge en ligne Assurer une bonne maintenance au niveau des cartouches de filtres de ligne Utiliser des composants à faible perte de charge interne tels des raccords rapides à passage intégral et des vannes à boisseau sphérique lors des remplacements. 13

14 Optimisation des consommations AC Assurer une bonne maintenance du compresseur: - remplacer le séparateur air/huile avant 0,7 bar de perte de charge - un filtre à air colmaté réduit le débit et augmente la puissance absorbée Veiller à un bon refroidissement du compresseur et à l aspiration d air frais Toute augmentation de 3 C de température d air aspiré engendre une réduction de 1% du débit du compresseur. Exemple: un air aspiré à 35 C au lieu de 20 C réduit le débit de 5%. Contrôler le réglage et la marche des auxiliaires Note : Usage déporté important (gros débit, ponctuel) : envisager un réservoir déporté -> pas besoin de surdimensionner, meilleure stabilité de fonctionnement 14

15 Optimisation des consommations AC Renouvellement / extension d une installation -> Dimensionnement correct! Nécessité de connaitre son juste besoin et ses usages - La pression au départ des compresseurs: déterminée par le besoin à la machine et par les pertes en ligne (correct : total de +0,7 bar maxi, yc filtres). - Le débit d air nécessaire : le débit de pointe maxi, le débit mini et le débit moyen. (petite installation : débit moyen donné par le taux de charge de l installation : Relever les compteurs horaires total + en charge) 15

16 Optimisation des consommations AC Choix des OPTIONS? Envisager Variation de Vitesse (si besoin fluctue), récupération de chaleur (si valorisation possible). Raisonner en coût GLOBAL et prendre en compte les CEE Installations plus importantes (> = 75 kw) : mesure/enregistrement débit-pression Exemple d enregistrement: consommation variable avec des pointes à 700 m3/h et un talon mini d environ 250 m3/h qu il faudra identifier - Un compresseur à vitesse variable se justifierait ici. Eligible aux CEE : VV sur AC 75 kw * P = kwhcumac Valorisable : 1750 environ Gain annuel en 3X8 : environ kwh soit environ par an d électricité 16

17 Optimisation des consommations AC Fractionnement en plusieurs compresseurs : si on identifie des plages de consommation nettement différentes et sur des durées suffisamment longues. Les sytèmes multi-compresseurs Intéressant d avoir des compresseurs de puissances différentes : engager la capacité juste nécessaire pour couvrir les besoins. Dimensionner le compresseur pour le débit moyen Second compresseur démarrera en appoint si la demande augmente Il existe aujourd hui des séquenceurs pour gérer ces types de fonctionnement, à un coût modéré. Solution 1 : Système par alternance - un gros compresseur le jour, un petit la nuit Solution 2 : Système cascade + alternance : un moyen plus un petit compresseur le jour et le petit compresseur seul la nuit (production d air centralisée, optimise investissement) 17

18 Air Comprimé : récupération de chaleur La récupération de chaleur sur les compresseurs contribuer aux économies d énergie globales de l entreprise Rappel: 100% de l énergie électrique est convertie en chaleur par le compresseur Récupération d air chaud par gainage sur compresseurs refroidis par air : chauffage d atelier,, d aires de stockage La quantité de chaleur récupérée peu théoriquement atteindre 60 à 70% de la puissance du compresseur. Exemple : compresseur de 75 kw Fonctionne en 3X8 CEE : * 75 = kwhcumac Valorisable : autour de Attention: la longueur de gainage ne peut excéder quelques mètres. Prévoir des ventilateurs auxiliaires d extraction. Gain en chaleur : environ 5 mois / an, en 3X8, 50 à 60 % de l énergie électrique récupérée soit : 75 * 0,55 * 5*24*20 : plus de kwh/an, soit environ de GN/an 18

19 AC Récupération de chaleur Production d eau chaude avec un échangeur huile/eau - exemple: production d eau chaude pour sanitaires, d eau de lavage, préchauffage d aérothermes, chauffage de bains - La température d eau obtenue est comprise entre 55 C et 75 C Exemple : compresseur de 75 kw Fonctionne en 3X8 Usage : eau chaude sanitaire (agro.), chauffage de bains (mécanique, ) : CEE : * 75 = kwhcumac Valorisable : autour de Gain en chaleur : environ 60 % à 70 de l énergie électrique récupérée soit : 75 * 0,65 * 5*24*50 : plus de kwh/an, soit environ de GN/an 19

20 AC CEE 20

21 Air Comprimé : les CEE FICHES D OPERATIONS STANDARDISEES RELATIVES A L INDUSTRIE Site du Club CEE / Opérations standardisées/ Industrie/ Utilités/ 3ème période 21

22 AC les CEE IND-UT-102 Système de variation électronique de vitesse sur un moteur asynchrone IND-UT-103 Système de récupération de chaleur sur un compresseur d'air IND-UT-120 Compresseur d'air basse pression à vis ou centrifuge IND-UT-122 Sécheur d'air comprimé à adsorption utilisant un apport calorifique pour sa régénération IND-UT-124 Séquenceur électronique pour le pilotage d'une centrale de production d'air comprimé 22

23 AC : Optimisation des consommations Questions -Echanges?? Fabienne ANSELIN Cap-50@orange.fr

24 Conseil en Energie Partagé Projet Création d un service de Conseil en Energie Partagé (CEP) industriel regroupant plusieurs adhérents de l AIRM et piloté par Fabienne ANSELIN Accompagnement de 3 ans minimum pour les entreprises avec 2 phases en parallèle : Phase individuelle : installation d outils de mesure, création de tableau de suivi et d indicateurs, accompagnement de l entreprise dans la réduction de ses consommations Phase collective : Montée en compétence collective sur la thématique de l énergie à l aide d une ressource partagée Financements potentiels Phase individuelle : Aide possible par l ADEME (jusqu à 70 % en TEP-CV pour PME) Gains pour les entreprises Partage d une ressource mutualisée experte en performance énergétique pour les entreprises Mise en place d actions d économies d énergie Structuration et Montée en compétence de la gestion d énergie dans l entreprise Des gains accessibles d au moins 5 à 15 % de la facture énergétique selon situation initiale Accès à des tarifs intéressants (cf effacement ou mutualisation) 24

25 CEPI : phasage Année 1 Etat des lieux, contrats Tableau de bord / indicateurs Plan d actions Année 2 Suivi des TdB/ indicateurs, reprise si nécessaire Suivi des actions, appui à la mise en oeuvre Année 3 Suivi des TdB, indicateurs / actions Reprise de l état des lieux initial bilan de l opération Volet COLLECTIF : 8 Ateliers Collectifs prévus, moments d échanges Sujets potentiels : Contexte / Management de l énergie, Contrats d énergie, Mesures / plans de comptage / indicateurs, Conditionnement d ambiance des bâtiments, Air Comprimé, Eclairage, Systèmes motorisés, Froid industriel, vapeur / fours / thermique, Energie Renouvelable et de récupération en industrie, Aspects managériaux / changement de comportement / communication, (sujets définis selon besoins / souhaits du groupe) 25