Dimensionnement Théorie de base Wiki Air Comprimé Installation d'un compresseur d'air Physique Procédure
Une fois les bases de la physique apprises, il est probable que vous souhaitiez en savoir plus sur les mesures matérielles des compresseurs d'air.
Ces informations sont très utiles pour déterminer la taille et la puissance appropriées pour une application spécifique. Dans cet article, nous vous expliquons les bases de la mesure du travail, de la puissance et du débit volumétrique.
Le travail mécanique peut être défini comme le produit d’une force et d’une distance sur lesquelles la force agit sur un objet. Comme la chaleur, le travail implique le transfert d’énergie d’un corps à un autre. La différence réside dans le fait qu’il s’agit de la force plutôt que de la température. Par exemple, lorsque le gaz est comprimé dans un cylindre avec un piston en mouvement.
La compression se produit sous l’effet de la force exercée sur le piston. L’énergie est donc transférée du piston au gaz. Ce transfert d’énergie est un travail au sens thermodynamique du terme. Le résultat du travail peut prendre de nombreuses formes, telles que des modifications du potentiel, de la cinétique ou de l’énergie thermique.
Le travail mécanique associé aux changements de volume d’un mélange gazeux est l’un des processus les plus importants en thermodynamique d’ingénierie.
La puissance est le travail effectué par unité de temps. Il s’agit d’une mesure de la rapidité avec laquelle le travail est terminé.
Par exemple, le flux de puissance ou d’énergie vers l’arbre d’entraînement d’un compresseur est numériquement similaire aux émissions de chaleur du système, plus la chaleur appliquée au gaz comprimé.
Les débits des compresseurs sont généralement mesurés à l’aide d’un débitmètre massique. Intuitivement, il est plus facile de comprendre un débit pour un gaz en termes de volume qu’en termes de masse. Un inconvénient perçu à cet égard pourrait être qu’il est alors nécessaire de spécifier les conditions d’entrée du gaz, car le volume changera avec les conditions d’entrée changeantes. Cependant, pour un compresseur, le débit massique de sortie dépendra également des conditions d’entrée, ce qui signifie qu’il est toujours nécessaire de spécifier les conditions d’entrée dans lesquelles un débit a été atteint.
Le débit volumétrique d'un système correspond à la mesure du volume de fluide circulant par unité de temps. Il peut être calculé comme le produit de la section transversale et de la vitesse moyenne du débit. L'unité du SI pour le débit volumétrique est le m3/s.
Cependant, lors de l’achat d’un compresseur, vous trouverez généralement la capacité du compresseur, exprimée en litres/seconde (l/s). Il s’agit du débit d’air libre du compresseur.
Qu’est-ce que le débit d’air libre ? L’air libre désigne l’air dans les conditions d’entrée du compresseur, donc à température et pression ambiantes. La livraison implique que seul l’air sortant de la sortie du compresseur est pris en compte. Cela diffère de l’air entrant à l’entrée, car de l’air peut s’échapper du compresseur entre l’entrée et la sortie. Le débit d’un compresseur est normalement mesuré à l’aide d’un débitmètre massique à la sortie. Cela signifie que seul l’air délivré est mesuré. Il est ensuite converti en « air libre » à l’aide des conditions d’entrée.
Le FAD est destiné à être utilisé pour comparer différents compresseurs ou pour faire correspondre la capacité d’un compresseur à la consommation des outils. Sauf indication contraire, le débit d’air libre d’un compresseur ou d’un outil – que vous pouvez trouver sur ses fiches techniques – a été mesuré tout en maintenant les conditions d’entrée de référence (à savoir 20 °C, 1 bar et 0 % d’humidité relative). La masse d’air qui s’insère dans le volume déplacé d’un étage de compression variera avec la densité de l’air et modifiera ainsi la quantité de débit effectivement obtenue du côté sortie d’un compresseur. La masse volumique dépend de la température et de la pression de l’air. C’est pourquoi le débit massique de sortie mesuré est divisé par la densité de l’air d’admission. L’effet de la masse volumique est ainsi annulé.
Cependant, il existe des effets secondaires liés à la température et à la pression. Entre autres, la taille des espaces entre les pièces changera en fonction de la température, provoquant plus ou moins de fuites. Un changement de pression à l’entrée entraînera également une surcompression ou une sous-compression, ce qui modifiera le débit de sortie résultant. C’est pourquoi il est important de comparer les compresseurs dans les mêmes conditions, généralement (mais pas nécessairement) les conditions de référence définies dans la norme ISO1217:2009. Dans d’autres secteurs ou régions, des conditions de référence différentes peuvent être utilisées.
Un autre débit fréquemment utilisé est le débit normal (Nl/s), où la référence est à 0 °C, 1 atm et 0 % HR.
La relation entre les deux débits volumiques est q FAD = qN × T FAD/T N × P N / P FAD
(notez que la formule simplifiée ci-dessus ne tient pas compte de l’humidité).
Où :
q FAD = débit d’air libre (FAD) en l/s (débit réel aux conditions de sortie)
qN = débit normal en Nl/s (débit dans des conditions standard)
T FAD = Température d’entrée standard (20 °C/68 °F)
TN = Température de référence normale (0 °C/32 °F)
PN = Pression de référence normale (1,013 bar(a)/101,3 kPa)
P FAD = Pression d’entrée standard (1,00 bar(a)/1,00 kPa)
Les ingénieurs et les acheteurs industriels s’appuient sur qN pour l’analyse comparative, tandis que qFAD est crucial pour la conception et le fonctionnement réels du système.
Bien qu’il semble s’agir d’un débit volumique, le FAD peut être considéré comme un débit massique exprimé en volume. En effet, pour des conditions fixes, la densité du flux d’air est constante et donc le débit massique est constant et connu.
L’exemple suivant illustre le débit d’air libre (FAD) :
Nous pouvons considérer le FAD comme un débit massique. La masse totale de 39 l d’air à 10 bar(e) ou 11 bar(a) est simplement 11 fois la masse de 39 l d’air dans des conditions ambiantes. On peut appeler cette dernière une unité de masse. En supposant que le réservoir soit déjà rempli d’air ambiant au démarrage, il y a déjà une « unité de masse » à l’intérieur et nous n’avons besoin que de 10 autres. Comme nous savons que le compresseur délivre une unité de masse par seconde, nous avons besoin de 10 secondes pour délivrer cette masse au réservoir.
La différence entre bar(a) et bar(e) est expliquée ici.
La SER est une mesure de l’efficacité, exprimée comme la quantité d’énergie nécessaire pour délivrer 1 litre de débit d’air libre à une certaine pression. Cela donne une valeur en Joules/litre (J/l). Par exemple, une machine consommant 35kW pour fournir 100L/s a un SER de 350J/l.
La spécification de votre système d’air comprimé en fonction du débit et de la pression, et non pas en kW ou en chevaux, est la meilleure façon d’adapter ses performances à vos besoins. Le dimensionnement du compresseur doit correspondre plus précisément aux exigences de votre entreprise qu’à la puissance nominale en kW.
Cet article emploie de nombreux termes techniques pour décrire le travail mécanique, la puissance et le débit. Il est important de comprendre ces informations pour investir dans l'équipement adapté à votre application. Si vous achetez un équipement trop grand ou trop petit, vous risquez de perdre en efficacité.
Il est essentiel de tenir compte de la force nécessaire pour déplacer un objet afin d'effectuer une tâche donnée dans un délai spécifique. Comme mentionné précédemment, cela est exprimé à l'aide du débit et de la pression. Outre les litres par seconde (l/s), le débit est exprimé en pieds cubes par minute (cfm) ou en mètres cubes par heure (m3/h). Toutes ces mesures décrivent la vitesse.
La pression est indiquée en bar, comme mentionné ci-dessus, ou en livres par pouce carré (psi). Si vous devez déplacer des objets lourds, vous aurez besoin de plus de pression. Vous devrez également déterminer si vous avez besoin d’une alimentation en air toute la journée et si vos applications ont des exigences différentes. Ce contexte est utile lorsqu’il s’agit de déterminer la taille et de choisir entre des machines à vitesse fixe et à vitesse variable (VSD). Consultez notre guide pour choisir un compresseur d’air.
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