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Refroidissement : compresseurs refroidis par eau ou refroidis par air

Dimensioning Compressor Installations Compressed Air Wiki Compressors

Comme pour les ordinateurs, il y a plusieurs façons de refroidir un compresseur. Le premier choix à faire est d'opter pour un compresseur refroidi par air ou refroidi par eau. Si vous choisissez ce dernier, sachez qu'il existe trois méthodes différentes de refroidissement par eau. Découvrons ces options de refroidissement pour trouver celle qui correspondra le mieux à votre circuit d'air comprimé.

Les différentes méthodes de refroidissement par eau d'une installation de compresseur

refroidissement d'une installation de compresseur

Plus l'air comprimé est refroidi au sein du refroidisseur intermédiaire et du refroidisseur final d'un compresseur, plus le compresseur est économe en énergie et plus la vapeur d'eau est condensée. Une installation de compresseur refroidie par eau demande peu au système de ventilation de l'enceinte du compresseur, car l'eau de refroidissement contient, sous forme de chaleur, environ 90 % de l'énergie absorbée par le moteur électrique. Les systèmes de refroidissement par eau du compresseur peuvent être basés sur l'un des trois grands principes suivants :

  • systèmes ouverts sans circulation d'eau (connectés à une alimentation en eau externe) ; 
  • systèmes ouverts avec circulation d'eau (tour de refroidissement) ; 
  • systèmes fermés avec circulation d'eau (incluant un radiateur/échangeur de chaleur externe).

Système ouvert sans circulation d'eau

Dans un système ouvert sans circulation d'eau, l'eau est fournie par une source externe : ville, lac, cours d'eau ou puits. Après être passée dans le compresseur, cette eau est évacuée dans le circuit des eaux usées. Le système doit être contrôlé par un thermostat afin de maintenir la température souhaitée de l'air et de contrôler la consommation d'eau.

En général, un système ouvert est facile et économique à installer, mais il est coûteux à exploiter, en particulier si l'eau de refroidissement provient du réseau de la ville. L'eau extraite d'un lac ou d'un cours d'eau est normalement gratuite, mais elle doit être filtrée et purifiée pour limiter le risque d'encrassement du circuit de refroidissement. En outre, une eau calcaire peut entartrer le chauffe-eau à l'intérieur des refroidisseurs et, à terme, perturber le refroidissement. Le même principe s'applique à l'eau salée, qui peut cependant être utilisée si le circuit est correctement conçu et dimensionné en conséquence.

Système ouvert avec circulation d'eau

Dans un système ouvert avec circulation d'eau, l'eau de refroidissement en provenance du compresseur est à nouveau refroidie dans une tour de refroidissement ouverte. L'eau est refroidie dans la tour de refroidissement, c'est-à-dire qu'elle est vaporisée dans une chambre pendant que l'air environnant est aspiré. Par conséquent, une partie de l'eau s'évapore et l'eau restante est refroidie 2 °C en dessous de la température ambiante (cela peut varier en fonction de la température et de l'humidité relative).

Les systèmes ouverts avec circulation d'eau sont principalement utilisés lorsque la disponibilité d'une alimentation externe en eau est limitée. L'inconvénient de ce système est que l'eau est peu à peu contaminée par l'air environnant. En raison de l'évaporation, le système doit être constamment dilué avec de l'eau externe. Les sels solubles se déposent sur les surfaces métalliques chaudes, réduisant ainsi la capacité de transfert thermique de la tour de refroidissement. L'eau doit être régulièrement analysée et traitée avec des produits chimiques pour éviter la propagation d'algues dans l'eau. En hiver, lorsque le compresseur ne fonctionne pas, la tour de refroidissement doit être purgée ou l'eau doit être chauffée pour éviter de geler.

Système fermé avec circulation d'eau

Dans un système de refroidissement fermé, la même eau circule en permanence entre le compresseur et l'échangeur de chaleur externe. Cet échangeur de chaleur est à son tour refroidi par le biais d'un circuit d'eau externe ou par l'air environnant. Lorsque l'eau est refroidie à l'aide d'un autre circuit d'eau, un échangeur de chaleur à plaques est utilisé. Lorsque l'eau est refroidie à l'aide de l'air environnant, une matrice de refroidissement constituée de tuyaux et d'ailettes de refroidissement est utilisée. L'air environnant est obligé de passer par les tuyaux et les ailettes, via un ou plusieurs ventilateurs. Cette méthode est appropriée si la disponibilité de l'eau de refroidissement est limitée.

La capacité de refroidissement des circuits ouverts ou fermés est à peu près la même, c'est-à-dire que l'eau du compresseur est refroidie 5 °C au-dessus de la température du fluide de refroidissement. Si l'eau de refroidissement est refroidie par l'air environnant, l'ajout d'un antigel (glycol, par exemple) est nécessaire. Le circuit d'eau de refroidissement fermé est rempli avec de l'eau pure et adoucie.

Si du glycol est ajouté, il est indispensable de recalculer le débit d'eau du compresseur, car le type et la concentration de glycol affectent la capacité thermique et la viscosité de l'eau. Il est également important de nettoyer parfaitement l'ensemble du circuit avant de le remplir pour la première fois. Un circuit d'eau fermé correctement mis en œuvre nécessite très peu de surveillance et engendre de faibles coûts de maintenance. Pour les installations dans lesquelles l'eau de refroidissement disponible est potentiellement corrosive, le refroidisseur doit être conçu dans un matériau résistant à la corrosion, tel que l'Incoloy.

Compresseurs refroidis par air

La plupart des compresseurs modernes sont également disponibles en version refroidie par air, dans laquelle la ventilation forcée au sein du compresseur d'air contient près de 100 % de l'énergie consommée par le moteur électrique.

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