L'utilisation de systèmes de distribution d'air comprimé inadéquats se traduit par des factures énergétiques élevées, une faible productivité et une baisse de performances des outils pneumatiques. Pour éviter cela, trois exigences doivent être satisfaites.
Dans cet article, nous allons vous expliquer comment satisfaire ces facteurs pour obtenir des performances optimales.
Les trois exigences ci-dessus s'appliquent essentiellement à la tuyauterie principale pour la consommation d'air comprimé actuelle et planifiée. Comparée à la refonte du système de distribution complet, l'installation ultérieure d'une tuyauterie de plus grand diamètre est relativement moins coûteuse. L'acheminement, la conception et le dimensionnement sont des critères importants pour garantir l'efficacité, la fiabilité et la maîtrise des coûts en matière de production d'air comprimé.
Parfois, on essaye de compenser des pertes de charge trop élevées en augmentant la pression de service d'un compresseur (de 7 bar(e) à 8 bar(e), par exemple). Cette approche nuit à l'efficacité et peut entraîner une hausse de pression au point de consommation au-delà du niveau autorisé. Il est plutôt recommandé de procéder à l'évaluation des raccords.
Les réseaux de distribution d'air comprimé fixes doivent être dimensionnés de sorte que les pertes de charge dans les tuyaux ne dépassent pas 0,1 bar. Cette mesure prend en compte le point de consommation le plus éloigné d'un compresseur. Les flexibles, raccords et autres accouplements doivent également être pris en compte lors du calcul de la pression. C'est souvent au niveau de ces connexions que les pertes de charge les plus importantes se produisent.
L'équation suivante permet de calculer la longueur maximale autorisée dans le réseau de tuyauterie pour une perte de charge spécifique.
l = longueur de tuyau totale (m)
∆p = perte de charge autorisée (bar)
p = pression d'entrée en absolu (bar(a))
qC = débit d'air libre (FAD) du compresseur (l/s)
d = diamètre intérieur du tuyau (mm).
La meilleure solution consiste à concevoir un système de tuyauterie en boucle fermée. A partir de ce point de départ, des tuyaux auxiliaires peuvent alors être reliés aux différents points de consommation. Cette approche assure une alimentation en air comprimé uniforme, car l'air est acheminé vers le point de consommation depuis deux directions.
Pour maintenir une pression idéale, toutes les installations de compresseurs d'air doivent utiliser ce système, sauf si une grande distance sépare la machine du point de consommation ; auquel cas, il faut ajouter une tuyauterie principale distincte.
Un ou plusieurs réservoirs d'air sont inclus dans chaque installation de compresseur. Leur taille dépend de la capacité du compresseur, du système de régulation et du schéma de besoin en air du consommateur. Le réservoir d'air constitue une zone de stockage tampon pour l'air comprimé ; il équilibre les pulsations du compresseur, refroidit l'air et recueille la condensation.
Par conséquent, le réservoir d'air doit être équipé d'un dispositif de purge des condensats. L'équation suivante s'applique au dimensionnement du volume du réservoir. Notez que ce calcul s'applique uniquement aux compresseurs avec régulation de décharge/charge.
V = volume du réservoir d'air (l)
qC = débit d'air libre du compresseur (l/s)
p1 = pression d'entrée du compresseur (bar(a))
T1 = température d'entrée maximum du compresseur (K)
T0 = température de l'air dans le réservoir du compresseur (K)
(pU -pL) = différence de pression définie entre la charge et la décharge
fmax = fréquence de charge maximum (1 cycle toutes les 30 secondes pour les compresseurs Atlas Copco).
Le volume de réservoir d'air requis pour les compresseurs à variateur de vitesse (VSD), est considérablement réduit. Lors de l'utilisation de la formule ci-dessus, le facteur qC doit correspondre au débit d'air libre à la vitesse minimale. Notons par ailleurs qu'il n'est pas conseillé de dimensionner le compresseur/le réseau de tuyauterie pour une forte demande d'air sur de courtes périodes.
Dans le scénario ci-dessus, il faut dimensionner un réservoir d'air distinct, pour garantir une alimentation en air optimale, et le placer près du point de consommation. Dans les cas les plus extrêmes, on associe un compresseur haute pression plus petit à un réservoir de plus grande capacité. Cette configuration permet de répondre aux besoins à court terme de grands volumes d'air sur de longues périodes.
En gardant à l'esprit votre utilisation globale, l'équation suivante est utilisée pour répondre à la consommation moyenne.
V = volume du réservoir d'air (l)
q = débit d'air pendant la phase de vidange (l/s)
t = durée de la phase de vidange (s)
p1 = pression de service normale dans le réseau (bar)
p2 = pression minimum pour le fonctionnement du consommateur (bar)
L = air requis pour la phase de remplissage (1/cycle de travail).
Cette formule ne tient pas compte du fait que le compresseur est capable de fournir de l'air pendant la phase de vidange. En savoir plus sur les réservoirs d'air et leur dimensionnement.
Lors de la conception et du dimensionnement d'un réseau d'air comprimé, il est judicieux de s'appuyer sur une nomenclature détaillant tous les points de consommation et leurs emplacements. L'idéal est de regrouper ces points en unités logiques et d'utiliser le même tuyau de distribution pour l'alimentation en air à partir des colonnes de l'installation de compression d'air.
Un grand réseau d'air comprimé est généralement divisé en quatre parties principales.
Les colonnes transportent l'air comprimé depuis l'installation de compression jusqu'à la zone de consommation. La tuyauterie de distribution répartit l'air dans la zone de distribution. La tuyauterie de service achemine l'air depuis les tuyaux de distribution vers les différents postes de travail/points de consommation.
La distribution de l'air comprimé génère des pertes de pression en raison du frottement dans les tuyaux. Ainsi, la pression générée directement par le compresseur n'est en général pas entièrement prête à l'emploi. En outre, des effets d'étranglement et des changements de direction du débit se produisent dans les vannes et les coudes des tuyaux. Ces pertes, qui sont converties en chaleur, entraînent des pertes de charge.
Au lieu de la formule ci-dessus, il est possible d'utiliser un nomogramme (voir ci-dessous) pour trouver le diamètre de tuyauterie le plus approprié. Pour réaliser ce calcul, il faut cependant connaître les valeurs de débit, de pression, de perte de charge autorisée et de longueur de tuyauterie. Une tuyauterie standard, du diamètre supérieur le plus proche, est alors sélectionnée pour l'installation.
Les longueurs de tuyauterie équivalentes pour toutes les parties de l'installation sont calculées à l'aide d'une liste de raccords et de composants de tuyauterie. De plus, la résistance à l'écoulement est exprimée en corrélant la longueur des tuyaux. Les dimensions sélectionnées du réseau sont ensuite recalculées pour garantir que la perte de charge ne sera pas trop importante. Pour les grandes installations, les sections individuelles (tuyauterie de service, tuyauterie de distribution et colonnes) doivent être calculées séparément.
Des débitmètres placés de manière stratégique facilitent le débit interne et l'allocation économique de l'utilisation d'air comprimé au sein de l'entreprise. L'air comprimé est un moyen de production qui fait partie du coût de production de chaque service de l'entreprise. De ce point de vue, toutes les parties concernées peuvent bénéficier de tentatives de réduction de la consommation au sein des différents services.
Aujourd'hui, les débitmètres disponibles sur le marché fournissent aussi bien des valeurs numériques pour la lecture manuelle, que des données de mesure envoyées directement sur un ordinateur ou un module de débit. Ces débitmètres sont généralement installés à proximité des vannes d'arrêt. Dans un circuit en boucle fermée, la mesure requiert une attention particulière, car le débitmètre doit pouvoir mesurer le débit en amont et en aval.
Nous espérons que cet article vous aidera à élaborer une configuration qui vous garantira des performances optimales avec des pertes de charge et des fuites minimales. N'hésitez pas à utiliser les équations susmentionnées, elles constituent un excellent point de départ. Si vous hésitez toujours sur la meilleure approche, n'hésitez pas à nous contacter. Notre équipe se fera un plaisir de vous accompagner.
Pour en savoir plus sur le processus d'installation d'un compresseur, voir ci-dessous.
Avec l'électricité, l'eau et le gaz, l'air comprimé fait tourner le monde. Nous ne le voyons peut-être pas toujours, mais l'air comprimé est partout autour de nous. En raison de la diversité de ses utilisations (et de la demande), les compresseurs sont désormais disponibles dans tous les types et toutes les tailles. Dans ce guide, nous décrivons le rôle des compresseurs, les raisons pour lesquelles vous en avez besoin et les types d'options qui s'offrent à vous.
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