Dans les installations industrielles, l'air comprimé est une
utilité, au même titre que l'électricité, la vapeur, le gaz
combustible, .... Il est souvent distribué sur les ateliers
utilisateurs par un réseau de tuyauteries. Il est fréquent de
distinguer deux types de réseau d'air:
- - Air service:
- Pour entraîner des moteurs pneumatiques, des machines de
manutention ou de convoyage.
- La pression est élevée: 7 à 8 bars
- L'air n'est pas séché ou seulement par refroidissement. Par
temps froid, de l'eau de condensation peut se former dans les
tuyauteries. Les utilisations de ce type d'air ne doivent pas être
sensibles à cette eau liquide.
- - Air instrument:
-
Pour actionner des vannes de régulation essentiellement,
ou bien pour le convoyage pneumatique de produits craignant l'humidité.
La pression est généralement de 4 à 5 bars.
L'air est séché par osmose sur membrane ou par absorption. La qualité
du séchage est exprimée par le point de rosée de l'air (la température
à laquelle de l'eau liquide commence à se former).
L'air comprimé est souvent utilisé comme source d'énergie. On
lui trouve les avantages suivants:
- l'air comprimé peut être stocké de manière centralisée, ou
localement même sur des lieux non déservis par le réseau (stockage en
bouteilles, cylindres)
- l'air comprimé peut entraîner des machines dans des
environnements où une d'explosion due à une étincelle électrique est
redoutée
- les machines entrainées par l'air comprimé peuvent être
utilisées dans des conditions extrêmes de températures, ou
d'empoussièrement.
- les moteurs à air comprimé sont généralement plus légers
que les moteurs électriques de même puissance et sont donc plus
maniables
Transports
pneumatique
L'air comprimé est utilisé dans les transports pneumatiques en
phase dense, continue ou pulsée.
Il autorise des pertes de charge élevées dans le circuit de transport,
mais sa consommation par tonne de produit transporté doit rester faible
en raison de son coût élevé.
La consommation varie selon les matières transportées; elle augmente
avec la masse volumique et la taille des particules transportées.
Caractéristiques principales |
Applications typiques |
Transport
en phase dense continue
granulométrie: 10µm - 1mm
vitesses [m/s]:
du produit: 3 à 15
de l'air: 5 à 20
solide/air [kg/kg]: 15 à 30 |
Ciment, calcaire
broyé, cendres volantes, bentonite, chaux vive, hydroxyde de calcium,
absorbants, poudre, acide téréphtalique, craie |
Transport
en phase dense pulsée
granulo: 1mm - 10mm
vitesses [m/s]:
du produit: 0,5 à 1
de l'air: 1 à 15
solide/air [kg/kg]: 30 à 80 |
Sables, granulés,
cendres, noix, petits pois, haricots, HOK, pilules, cachets, café en
grains |
Outillage
pneumatique
Quelques consommations d'outillages pneumatiques typiques:Marteau piqueur: 6 Nm
3/h par kg de poids
Visseuse: 25 Nm
3/h
Pistolet à peinture: 14 Nm
3/h
Sableuse: 35 Nm
3/h
Lapidaire (600w): 35 Nm
3/h
Pompe à membrane: 10 Nm
3 par m
3 de liquide pompé
Actionneur de
vanne
Les
vannes de réglage ou d'arrêt des installations de procédé sont souvent
automatisées. Elles sont actionnées par un servo moteur. Il
peut
être électrique, ou bien à fluide
moteur, pneumatique ou hydraulique.
Il est:
- à simple effet si le fluide moteur n'agit que dans un seul
sens, un ressort agissant en sens inverse
- à double effet si le fluide moteur agit dans les deux sens
Il peut être choisi pour:
- fermer la vanne par manque de fluide moteur (le ressort
agira pour fermer la vanne)
- ouvrir la vanne par manque de fluide moteur (le
ressort agira pour ouvrir la vanne)
- maintenir la vanne en position par manque de
fluide moteur
Si
le servo-moteur est à simple effet, la position précise de la vanne de
réglage est définie par la pression de l'air agissant sur la membrane.
Cette pression est ajustée par le positionneur.
Conditions
de fourniture
Il
est fréquent qu'un échange d'informations soit nécessaire entre un
utilisateur et un fournisseur d'air comprimé. L'utilisateur qui peut
être le concepteur ou l'exploitant d'un atelier doit exprimer son
besoin, tandis que le fournisseur qui peut être un fournisseur
d'équipement doit exprimer la capacité de son installation.
L'air
comprimé est d'abord produit par un compresseur. Quel que soit sa
technologie, il existe une relation entre le débit d'air produit et la
pression à laquelle il est produit. Sans surprise, plus la
pression est basse, plus la capacité du compresseur sera grande.
La
capacité du compresseur est habituellement exprimée en débit volumique
dans les conditions standard de température, de pression et sans
humidité (Nm
3/h: débit volumique à 0 ou 15°C,
1013 hPa, 0%HR)
Si la production d'air comprimé est
centralisée et l'air distribué par un réseau, l'utilisateur devra
obtenir les conditions de fourniture en limite d'atelier. Si
l'utilisation est intermitente, avec de grandes fluctuations de débits,
il sera utile de définir plusieurs conditions de fourniture pour
différents cas de fonctionnement.
Si la production d'air comprimé
est dédiée à un usage particulier, les conditions de fourniture seront
définies au refoulement du générateur.
Pour éviter de dimensionner le compresseur pour satisfaire une pointe
de consommation de courte durée, un ballon de stockage tampon peut être
envisagé.
Réseau
de distribution
Pour distribuer l'air comprimé en plusieurs points d'une installation,
la réalisation d'un réseau de tuyauteries est nécessaire. Il devra
permettre l'acheminement du débit voulu avec le minimum de perte de
pression.
Il faut faire un choix de:
- cheminement
- diamètre de tuyauteries
- matériau de construction
Organisation
du réseau
Le réseau peut être organisé
- en "peigne"
- un collecteur principal sur lequel sont raccordées des
antennes achemine l'air depuis le générateur jusqu'au point
d'utilisation le plus éloigné. C'est le plus simple à réaliser, mais
nécessitera des diamètres plus importants que les autres
configurations. Il est à craindre que le point le plus
éloigné soit le plus mal désservi en débit et en pression. En cas de
maintenance ou de modification il ne sera pas toujours possible
d'isoler une portion du réseau.
- en "boucle"
- le collecteur principal couvre l'aire d'utlisation en
formant une boucle dont les deux extrémités sont raccordées au
générateur. Le débit se partage entre les deux branches, et le point le
plus éloigné peut être alimenté simultanément par les deux. Cette
configuration sera toujours préférée au réseau en peigne car elle
assure un meilleur
approvisionnement des consommateurs les plus éloignés. Les diamètres de
tuyauteries, collecteur et antennes, sera plus faible.
- "maillé"
- similaire
au réseau en boucle, il le complète par des liaisons transversales. Il
permet une grande fiabilité d'alimentation des points utilisateurs au
moyen de tuyauteries de diamètre réduit. L'isolement de portions du
réseau tout en maintenant l'alimentation des autres portions est
facilité.
Dans tous les cas, le cheminement doit être choisi pour minimiser la
perte de pression en ligne en minimisant les longueurs de tuyauterie et
le nombre de coudes.
Diamètres
de tuyauterie
L'écoulement
de l'air dans la tuyauterie et les accessoires génère inévitablement
une perte de
pression. Celle-ci est due aux frottements et turbulences contre la
paroi du tube et dans les changements de direction, les restrictions,
.... Cette perte de
pression dépend de la longueur des tubes, de la vitesse de l'air et du
nombre de coudes et d'accessoires.
L'effet des coudes peut être converti en longueur
droite équivalente de tuyauterie de même diamètre, s'ajoutant à la
longueur droite réelle. La longueur droite équivalente dépend du
diamètre; elle est souvent exprimée en nombre de diamètre; ainsi un
coude à 90° est équivalent à une longueur droite de 20D (20 fois le
diamètre); en diamètre 20mm, la longueur droite équivalente sera de
20×20mm = 400mm soit 0,4m.
Le tableau ci-dessous donne les équivalences en longueurs de tuyauterie
des principaux accessoires:
manchon |
coude
à 90° |
coude
à 45° |
Té
en ligne |
Té vers
dérivation |
8D |
20D |
10D |
7D |
40D |
réduction |
courbe
à 90° |
courbe
à 180° |
vanne
papillon |
vanne
à boule |
30D |
7D |
20D |
45D |
25D |
Le tableau ci-dessous indique le diamètre de
tuyauterie à adopter pour limiter la perte de pression à 5% (0,4 bar)
d'un écoulement d'air à 8 bars. Le débit d'air est exprimé en Nm
3/h
(Normo m
3/h).
Diamètre de tuyauterie [mm] pour perte de pression
<5%
Débit d'air
à 8 bars
[Nm3/h] |
Longueur équivalente de canalisation
[m] |
50 |
100 |
300 |
750 |
1500 |
50 |
20 |
20 |
25 |
32 |
40 |
100 |
25 |
25 |
32 |
40 |
50 |
200 |
32 |
40 |
50 |
50 |
63 |
500 |
50 |
50 |
63 |
80 |
80 |
1000 |
63 |
63 |
80 |
|
|
2000 |
80 |
80 |
|
|
|
Matériau
de construction
Les tuyauteries du réseau seront en matériau rigide et résistant à la
corrosion par l'humidité pouvant se condenser. L'acier carbone sera
évité car trop sensible à cette corrosion. Les matériaux usuels sont:
- l'acier galvanisé
- l'acier inoxydable
- l'aluminium
- le PVC
Le PVC est limité dans son usage par:
- une température de service entre -20°C et +50°C
- une pression de service inférieure à 10 bars
- sa résistance à l'huile utilisée pour lubrifier le
compresseur
- sa sensibilité au rayonnement ultra-violet qui oblige à le
protéger du rayonnement solaire