Séchage de l'air

Les inconvénients de la présence d'eau dans l'air sont divers:
- incompatibilité de l'eau avec certaines substances
- elle peut en se condensant casser le film de lubrification
- elle peut agglomérer des poussières et créer des bouchages
- engendrer de la corrosion
- geler et former des bouchons de glace
La quantité d'eau que l'air peut contenir sous forme vapeur est limitée.
La compression de l'air entraine une diminution de volume et donc réduit la quantité d'eau que l'air peut contenir.
Un abaissement de la température abaisse encore cette quantité. L'excédent condense.

Le point de rosée de l'air caractérise son degré de séchage. C'est la température à laquelle il faut descendre pour provoquer le début de condensation de l'eau contenue. Plus cette température est basse, plus l'air est sec.
On distingue le point de rosée sous pression et le point de rosée en air libre.
Le point de rosée sous pression représente la température réelle à laquelle l'eau commence à condenser à la pression réelle de l'air.
Le point de rosée en air libre représente la quantité absolue d'eau contenue dans l'air quelle que soit la pression.
Equivalence des points de rosée:
pour un point de rosée sous pression de 20°C

Pression [bars eff]	Pt de rosée en air libre	g eau/Nm3
4	-3°C	3,4
7	-9°C	2,1
13	-16°C	1,2

L'air ambiant contient environ:
- 10g d'eau par m3 en été
- 5g d'eau par m3 en hiver

Les types de sécheurs

Les sécheurs frigorifiques:

Ils refroidissent l'air comprimé jusqu'à une température de +2°C à +5°C. L'eau condensée est purgée. L'air ensuite réchauffé est relativement sec.
Pour un point de rosée sous pression de +2°C, la teneur en eau sera:

Pression [bars eff]	Pt de rosée en air libre	g eau / Nm³
4	−18°C	1,1
7	−23°C	0,7
13	−29°C	0,4

Ce type de sécheur convient pour l'alimentation d'outillages en intérieur.
La consommation énergétique du groupe frigorifique est de l'ordre de 4Wh/Nm3 d'air.
La perte de charge au travers du sécheur, de l'ordre de 0,3 bars, augmente l'énergie nécessaire au compresseur d'air de l'ordre de 3Wh/Nm3 d'air.
Sur de grosses installations on peut récupérer un partie importante de l'énergie du groupe frigorifique (jusqu'à 80%), pour chauffer des locaux par exemple.

Les sécheurs à adsorption:

L'air comprimé passe au travers d'un lit de produit dessicant qui retient la vapeur d'eau par interaction moléculaire.
Le dessicant est généralement de l'alumine activée ou du tamis moléculaire. Il se sature progressivement en eau et doit être régénéré périodiquement.
Deux lits de dessicant sont généralement disposés en parallèle, l'un étant en régénération pendant que l'autre effectue le séchage.
Ils permettent d'atteindre des points de rosée sous pression de -40°C.
La régénération est généralement faite par un courant d'air chauffé électriquement ou par l'énergie dissipée par le compresseur.
La régénération peut aussi être faite par de l'air sec détendu. Dans ce cas il faut compter 10 à 15% de l'air séché pour régénérer le dessicant.
Il est important que l'air entrant dans ce type de sécheur soit le plus froid possible afin de limiter au maximum la quantité d'eau contenue.
Pour des points de rosée sous pression de -20°C et -40°C, les teneurs en eau de l'air seront:

Pression [bars eff]	g eau / Nm³ air
	−20°C	−40°C
4	0,2	0,03
7	0,12	0,017
13	0,07	0,01

La régénération consomme de 7 à 8 Wh/Nm3 d'air pour un séchage à -20°C de point de rosée.

La perte de charge au travers du lit, de l'ordre de 0,7 bars, augmente l'énergie nécessaire au compresseur de l'ordre de 6Wh/Nm3 d'air.
La chaleur dissipée par le compresseur d'air peut être utilisée pour la régénération.

Sécheurs à membranes

Les membranes permettent un séchage en continu de l'air, sans la nécessité de régénérer ou de remplacer l'absorbant. Elles permettent d'atteindre un point de rosée de -40°C en pression.
Les membranes peuvent être faites de polymères, de zéolithes ou de carbone.
Elles sont dites asymétriques quand une fine couche d'un matériau sélectivement perméable, est déposé sur un support assurant la résistance mécanique.
Les membranes employées pour le séchage sont perméables à la vapeur d'eau et retiennent l'air.
Elles se présentent généralement sous la forme fibres creuses,assemblées en faisceau. L'air à sécher chemine sous pression à l'intérieur des fibres, tandis que l'eau est éliminée à une pression plus basse, dans l'espace autour des fibres.
Leur performance est caractérisée par une perméabilité et une sélectivité par rapport à l'air.
L'air alimentant le sécheur doit être exempt de poussières, d'eau liquide ou d'huile. Un prétraitement doit être appliqué.
Pour éviter toute condensation d'eau le long du tube, l'air est préchauffé pour assurer une marge de sécurité au delà de son point de rosée.

Dessicants usuels

Gel de silice

Masse volumique: 660kg/m3
Température de régénération:150 à 220°C
Capacité d'absorption: 120g d'eau/kg
Point de rosée: -40°C

Alumine activée

Masse volumique: 850kg/m3
Température de régénération:> 180°C
Capacité d'absorption: 80g d'eau/kg
Point de rosée: -50°C

Chlorure de calcium sur charbon

Masse volumique: 360kg/m3
Température de régénération: 120 à 150°C
Capacité d'absorption: 250g d'eau/kg
Point de rosée: -30°C