L AIR COMPRIMÉ : RAPPELS P abs QU EST-CE QUE L AIR COMPRIMÉ? Composition de l air : L air contenu dans notre environnement se compose de : P atm P su P vide Surpression Pression d air barométrique Vide partiel Vide 100% BASES PHYSIQUES Les conditions de l air comprimé sont déterminées par : V = Volume P = Pression T = Température P x V = constant T LES DIFFERENTES PRESSIONS Patm = Pression d air atmosphérique Psu = Surpression Pvide = Vide partiel Pabs0 = Pression absolue Force Pression = Surface 1 Newton 1 Pascal = 1 m 2 F P = A 1 N 1 Pat = 1 m 2 1 bar = 10195 mm CE (colonne d eau en mm). PRESSION ATMOSPHÉRIQUE Pamb [BAR] La pression atmosphérique est générée par le poids de la couche d air autour de nous. Elle varie suivant la météorologie et surtout selon l altitude. Jusqu à 2000 mètres la pression baisse de 1% tous les 100 mètres. Au niveau de la mer, 1 013 mbar = 1,01325 bar = 101 325 Pa POURQUOI TRAITER L AIR COMPRIMÉ AVANTAGES : - Prolongement de la durée de vie des outillages raccordés. - Qualité améliorée et constante des produits. - Conduites d air comprimé sans condensat ni rouille. - Dérangements moins fréquents. - Conduites sans collecteurs de condensat. - Frais de maintenance diminués. - Pertes de pression diminuées. - Baisse de la consommation d énergie. 215
AIR COMPRIMÉ : TRAITEMENT DES CONDENSATS LORS DE LA COMPRESSION : QUANTITÉS DE CONDENSATS L air contient toujours de l eau sous forme de vapeur. L air pouvant être comprimé, contrairement à l eau, le liquide qui se forme lors de la compression est le condensat. On peut considérer l air comme une éponge. Elle peut absorber une certaine quantité d eau au repos. Si on la presse, une partie de l eau s écoule, mais même pressé très fort il restera de l eau dans l éponge. EXEMPLE : Quantité de condensats qui se produit réellement lors de la compression de l air. Avec un compresseur à vis avec réservoir d air comprimé et un sécheur par réfrigération. Débit : 2500 m 3 /h. Pression finale : 9 bar. Journée d été : 35 C, humidité : 80% EAU CONTENUE DANS L AIR COMPRIMÉ La teneur en humidité de l air varie en fonction du temps et du site. A une certaine température, un certain volume d air ne peut contenir qu une quantité maximale de vapeur d eau. Toutefois, l air atmosphérique ne renferme généralement pas la quantité maximale de vapeur d eau. Humidité maximale : h max [g/m 3 ] Humidité maximale h max (volume de saturation) représente la quantité maximale de vapeur d eau contenue dans 1 m 3 d air à une certaine température h max dépend de la température. Humidité absolue : h [g/m 3 ] Humidité absolue h est égale à la quantité de vapeur d eau réellement contenue dans 1 m 3 d air. Humidité relative : [%] Humidité relative de l air est égale au rapport entre l humidité absolue et l humidité maximale. h h max h = x 100% h max = humidité relative [%] = humidité absolue [g/m3] = humidité maximale [g/m3] L humidité maximale h max dépend de la température, de ce fait, l humidité change en fonction de la température, même lorsque l humidité absolue reste constante. L humidité relative passe à 100% dans le cas d un refroidissement jusqu au point de rosée. => Quantité : 68,9 litre/heure. 216
AIR COMPRIMÉ : TRAITEMENT PAR SECHEUR SÉCHEUR PLACÉ AVANT LE RÉSERVOIR D AIR COMPRIMÉ SÉCHEUR D AIR PAR RÉFRIGÉRATION : CHOIX DE L EMPLACEMENT Chaque solution a ses avantages et inconvénients. Avantages : - Air sec dans le réservoir d air comprimé sans condensat. - Qualité de l air comprimé constante même lors de besoins importants en air. Désavantages : - Grandes dimensions du sécheur. Le sécheur doit être choisi en fonction du débit réel du compresseur installé. Le sécheur est souvent surdimensionné lorsque la consommation est faible. - Séchage d air comprimé pulsé. Les compresseurs à pistons fournissent de l air pulsé. Le sécheur est exposé à une contrainte élevée. - Haute température d entrée de l air comprimé. L air comprimé vient directement du radiateur auxiliaire du compresseur. - Il n est pas possible de sécher un courant d air partiel. - Quantité de condensat élevée. - Sur les systèmes composés de plusieurs compresseurs chaque compresseur doit avoir son sécheur. SÉCHEUR PLACÉ APRÈS LE RÉSERVOIR D AIR COMPRIMÉ Avantages : - Dimensionnement sur mesure du sécheur. - Séchage d un débit détendu. - Faible température d entrée de l air comprimé. L air comprimé peut continuer à refroidir dans le réservoir d air comprimé. - Faibles quantités de condensat. - Les gouttes de condensat qui se forment sont collectées dans le réservoir d air comprimé et ne perturbent pas le reste du système. Désavantages : - Condensat dans le réservoir d air comprimé. Risques de corrosion. - Surcharge du sécheur Les contraintes exercées sur le sécheur sont élevées lorsque de l air comprimé est nécessaire subitement et en grande quantité. Le point de rosée sous pression de l air comprimé augmente. 217
AIR COMPRIME : CALCULS DE TAILLE ET DE RENDEMENTS DÉTERMINATION DU VOLUME DU RÉSERVOIR D AIR COMPRIMÉ D UN COMPRESSEUR. Compresseur à piston D t x 15 V R = DC x Δp V R = Volume du réservoir d air comprimé [m 3 ]. D t = Débit du compresseur [m 3 /min.]. 15 ou 5 = facteur constant. Compresseur à vis D t x 5 V R = DC x Δp DC = Démarrages moteur admissibles/h [1/h] Selon constructeur. FRAIS OCCASIONNÉS PAR LES FUITES D AIR SUR LE RÉSEAU. Exemple : 75l/min. = 4,5 m 3 /h s échappent d un réseau délivrant 8 bar par un orifice de 1 mm de diamètre. Le moteur doit délivrer une puissance de 0,6 kw pour générer ce débit. A 0,096 par kwh, on obtiendra, selon le rendement du moteur et pour 8000 heures de fonctionnement, des frais supplémentaires de 518 environ par an. CHUTES DE PRESSION DANS UN RÉSEAU Fuite Quantité d air Pertes Pertes Ø d orifice qui s échappe à 8 bar d énergie [mm] Taille [l/min.] [kw] 1 75 0,6 518 1,5 150 1,3 1114 2 260 2,0 1651 3 600 4,4 3917 4 1100 8,8 7795 5 1700 13,2 11942 Toute modification dans la pose de la conduite gène le flux de l air comprimé à l intérieur de la conduite. Le flux laminaire est perturbé et on constate une importante perte de pression. 218 Δp = différence de pression ON/OFF.
AIR COMPRIMÉ : VÉRINS, DISTRIBUTEURS ET OUTILLAGES : DÉTERMINATION FORCE DES VÉRINS (N) SUIVANT LE DIAMÈTRE ET LA PRESSION Diamètre Pression de service en bar Ø 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2.5 0.4 0.9 1.3 1.8 2.2 2.7 3.1 3.5 4 4.4 3.5 0.9 1.7 3.8 3.5 4.3 5.2 6.1 6.9 7.8 8.7 5.35 2 4 6.1 8.1 10.1 12.1 14.2 16.2 18.2 20.2 6 2.5 5.1 7.6 10.2 12.7 15.3 17.8 20.4 22.9 25.4 8 4.5 9 13.6 18.1 22.6 27.1 31.7 36.2 40.7 45.2 10 7.1 14.1 21.2 28.3 35.3 42.4 49.5 56.5 63.6 70.7 12 10.2 20.4 30.5 40.7 50.9 61.0 71.3 81.4 91.6 101 16 18.1 36.5 54.3 72.4 90.5 109 127 145 163 181 20 28.3 56.5 84.8 113 141 170 198 226 254 283 25 44.2 88.4 133 177 221 265 309 353 398 442 32 72.4 145 217 290 362 434 507 579 651 724 40 113 226 339 452 565 679 792 905 1020 1130 50 177 353 530 707 884 1060 1240 1410 1590 1770 63 281 561 842 1120 1400 1680 1960 2240 2520 2810 80 452 905 1360 1810 2260 2710 3170 3620 4070 4520 100 707 1410 2120 2830 3530 4240 4950 5650 6360 7070 125 1100 2210 3310 4420 5520 6630 7730 8840 9940 11000 160 1810 3620 5430 7240 9050 10900 12700 14500 16300 18100 200 2830 5650 8480 11300 14100 17000 19800 22600 25400 28300 250 4420 8840 13300 17700 22100 26500 30900 35300 39800 44200 320 7240 14500 21700 29000 36200 43400 50700 57900 65100 72400 DÉBIT DISTRIBUTEUR SUIVANT LE DIAMÈTRE DU VÉRIN Ø du piston du vérin [mm] Taille raccords Débit du distributeur (l/min.) < 12 M3 < 80 12 25 M5 < 200 25 50 M7, G 1/8 < 500 50 100 G 1/4 < 1140 150 200 G 1/2 < 3000 200 320 G 3/4, G1 < 6000 CONSOMMATION D AIR COMPRIMÉ DES OUTILS. Pression 6 bars Consommation d air [l/min.] Forêts jusqu à 4 mm Ø 200 Perceuse 4 à 10 mm Ø 200 à 450 10 à 32 mm Ø 450 à 1750 M3 180 Tournevis M4 à M5 250 M6 à M8 420 Tournevis à percussion M10 à M24 200 à 1000 Ponceuse d angles 300 à 700 1/4 feuille 250 Ponceuse à vibrations 1/3 feuille 300 1/2 feuille 400 Ponceuse à bande 300 à 400 Meuleuse portative Pinces de serrage 6 à 8 mm Ø 300 à 1000 8 à 20 mm Ø 1500 à 3000 Agrafeuse, machine à agrafer 10 à 60 *(Consommations moyennes). 219