La compression de l'air

Il est d'usage que compter les débits d'air, comprimé ou non, en normaux m3/h (Nm3/h), c'est-à-dire le débit volumique d'air pris dans les conditions dites normales soit :
- pression absolue de 1 atmosphère, 760mmHg ou bien 1013mbars
- et température de 0°C
1 Nm3 d'air = 1,29 kg
On trouve aussi la notion d'air libre qui correspond au volume d'air pris dans les conditions suivantes:
- pression de 1 bar absolu
- température de 20°C
1 m3 d'air libre = 1,19 kg

TYPES DE COMPRESSEURS

Les fournisseurs proposent généralement des ensembles compacts comprenant:
- le compresseur
- son moteur d'entrainement
- les réfrigérants
- le système de régulation
Selon la capacité et les caractéristiques de l'air souhaité, différentes technologies de compresseur peuvent être employées.

- A piston sec:
Pour de petites capacités
Pression <10bars
Puissance 2kW maxi

- A piston lubrifié:
Pression jusqu'à 30bars
Puissance <20kW

- A spirales non lubrifiées:
Pour de petites capacités
Pression <10bars
Puissance <5kW

- A vis lubrifiées:
Pression jusqu'à 20bars
Puissance jusqu'à 250kW
Capacité jusqu'à 3000 Nm3/h

- A lobes non lubrifiés:
Pression <3bars
Puissance jusqu'à 60kw
Capacité jusqu'à 1000 Nm3/h

- A vis non lubrifiées:
Pression jusqu'à 10 bars
Capacité jusqu'à 20000 Nm3/h

PRECAUTIONS D'INSTALLATION

Air aspiré:
Il doit être aussi propre que possible.
Le compresseur doit être protégé contre la pénétration de poussières qui pourraient être abrasives par une filtration de l'air aspiré.
Le filtre se colmate progressivement, sa perte de charge augmente ce qui provoque une diminution du rendement du compresseur. Un manomètre différentiel permet de suivre l'évolution de son encrassement.
L'air comprimé peut être utilisé pour la ventilation d'enceintes ou s'échapper dans une atmosphère confinée où travaille du personnel. Il doit être exempt de gaz toxique.
L'air aspiré doit être aussi froid que possible, pour obtenir un rendement maximum de la machine. L'air doit être capté à l'extérieur du local contenant le compresseur.
Local:
La chaleur dégagée par un compresseur est importante, et le local dans lequel il est installé doit être correctement ventilé.
Des bouches d'aération (au moins deux), aussi éloignées que possible l'une de l'autre, en partie basse pour l'entrée et en partie haute pour la sortie, doivent être prévues.
Le compresseur doit être insonorisé.
Prévoir des portes larges pour permettre à des engins de manutention de manoeuvrer.
Raccordements:
Prévoir la possibilité de brancher un compresseur mobile en amont du réfrigérant final, pour le cas où le compresseur installé serai défaillant.
Prévoir des by-pass des filtres et des sécheurs pour permettre leur entretien sans arrêter la production d'air.

REFROIDISSEMENT

Refroidissement par eau:
Tant que la température de l'eau ne dépasse pas 50°C, de l'eau non traitée peut être utilisée.
Pour des températures supérieures, le calcaire et d'autres matières solides peuvent précipiter et former des dépots sur les surfaces chaudes.
Il est alors nécessaire d'utiliser de l'eau adoucie ou de l'eau traitée circulant en circuit fermé ou semi-ouvert.

En circuit semi-ouvert l'eau est refroidie dans une tour atmosphérique où elle s'écoule en pluie fine en contact avec un courant d'air.
Une partie de l'eau s'évapore (1,6kg/h par kW de puissance motrice) et il est nécessaire de purger une partie (0,3 à 0,8 kg/h par kW de puissance motrice) de l'eau en circulation pour éviter de trop concentrer les sels dissous.
L'appoint d'eau fraiche sera donc de 2 à 2,5 kg/h par kW de puissance motrice.
L'eau refroidie atteint une température de 5°C supérieure à la température humide.

En circuit fermé, l'eau chauffée par le compresseur passe dans un échangeur lui-même refroidi soit par de l'eau de tour atmosphérique, soit par de l'air.
Avantage:
De cette manière, l'eau en circulation dans le compresseur n'est pas en contact avec l'extérieur.
Inconvénient:
La température de l'eau refroidie est supérieure à ce quelle est en circuit semi-ouvert.
Elle est de 15°C supérieur à la température humide de l'air si l'échangeur est refroidi à l'eau, ou 10°C supérieure à la température sèche de l'air si l'échangeur est refroidi à l'air.
Si l'échangeur est refroidi à l'eau, les pertes par évaporation et les débits de purge nécessaires sont les même qu'en circuit semi-ouvert.

Récupération de chaleur:
Environ 94% de l'énergie fournie au compresseur est récupérable sous forme de chaleur.
Dans le cas d'un refroidissement par eau, celle-ci peut atteindre une température de 95°C.
La chaleur récupérée peut être utilisée pour le chauffage de locaux, le préchauffage de l'eau ou de l'air alimentant une chaudière, la production d'eau chaude sanitaire, etc....

CONSOMMATION ENERGETIQUE

La consommation énergétique d'un compresseur dépend de la pression de refoulement ainsi que du rendement de la machine.
Le tableau ci-dessous donne la consommation énergétique de compresseurs commerciaux exprimée en kWh/Nm3.

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                     Pression au refoul.
                      en bars effectifs
Type de compresseur   7      10     13
-------------------  ----    ----   ----
à piston sec         0,17           0,2            
à spirales non lub.  0,15    0,25
à vis                0,11    0,13   0,16
à lobes              0,13
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Par exemple:
Un compresseur à vis de 1000Nm3/h de capacité nécessitera une puissance électrique de:
0,13 x 1000 = 130 kW