Air comprimé

La production et la distribution d’air comprimé L’exemple de la production et de la distribution de l’air comprimé dans l’industrie et l’artisanat démon-tre des potentiels d’économie d’énergie et de gains économiques possibles. Ce chapitre fait apparaître que les utilisations de l’électricité sont souvent plus grandes que celles entrevues au premier coup d’œil.

Technique

Grâce à sa sécurité et à son utilisation conviviale, l’air comprimé est un agent énergétique auxiliaire très répandu dans l’industrie. Environ 4 % de la consommation électrique des moteurs sert à la pro-duction d’air comprimé.

Lorsque la pression dans le réservoir d’air com-primé descend au-dessous d’une valeur minimale,

le compresseur se met en marche. L’air est aspiré, filtré, comprimé et séché. Le fonctionnement du compresseur sera arrêté dès que la pression attein-dra le niveau défini.

La plus grande partie du courant électrique est transformée en chaleur – cela représente un poten-tiel intéressant de récupération de chaleur secon-daire pour le chauffage de locaux ou le préchauf-fage de l’eau.

Coûts

Comme agent énergétique, l’air comprimé est vingt fois plus cher que le courant électrique. Les coûts annuels d’une installation de production d’une puis-sance de 37 kW sont de Fr. 26 000.-. Ils se répartissent de la manière suivante : 35 % ou Fr. 9000.- coût d’inves-tissement, 15 % ou Fr. 4000.- pour l’entretien et la moi-tié, soit Fr. 13 000.- pour le coût de la consommation d’énergie électrique. Les coûts spécifiques se situent

Figure 29 : Installation de production d’air comprimé.

4 kW

28 kW

6 kW 2 kW

40 kW

Filtre

100%

15% 70% 5%

10%

Air extérieur

Moteur électrique, commande, accouplement

Compresseur Sécheur Réservoir sous pression

Réseau d’air comprimé

Pertes d’entraînement

Chaleur rejetée (refroidissement)

Chaleur résiduelle de l’air comprimé Réseau

électrique

entre 5 et 10 centimes /m³à la pression normalisée.

Les responsables, ainsi que les utilisateurs, ne sont en général pas conscients de ce coût élevé.

Mesures à l’exploitation

• L’évolution de la pression dans les réseaux démontre des utilisations très différentes et des surcharges.

• Charge et marche à vide : une installation bien chargée fonctionne seulement 10 % à 15 % en régime à vide.

• La consommation d’eau de refroidissement donne une indication sur la consommation com-plémentaire d’eau et sur le potentiel de récupé-ration de l’eau préchauffée.

• Aspiration, air de refroidissement et température ambiante : lorsque la température s’élève, le ren-dement diminue. A température plus élevée, le volume aspiré diminue à cause de la plus faible densité et ainsi la puissance de distribution.

Mesures à l’entretien

• Un filtre sale sur l’aspiration diminue le rende-ment ainsi que la puissance de distribution.

• Les « soupapes » ne sont pas parfaitement étanches pendant leur durée de vie. Les révisions recom-mandées et prescrites doivent être effectuées.

• Accouplements et transmissions par courroies trapézoïdales et plates doivent être régulière-ment contrôlés.

Puissance totale 8,5 kW ( = 100% ) Moteur électrique

Puissance à l’axe 7,5 kW

Contenu énergétique de l’air sous pression

Pertes par refroidissement isobare Sécheur

0,3 kW

Pertes mécaniques environ 0,7 kW

Pertes accouplement entre courroies Pertes frottements et marche à vide

Pertes de pression et du réseau

Puissance installée 0,7 kW moteur pneumatique

Rendement de conversion : 0,7/8,5 = 0,0824 ou 8,24%

Le rendement énergétique est de l’ordre de 2% au mieux !

Figure 30 : Diagramme du flux d’énergie pour une installation de production d’air comprimé.

• Les refroidisseurs d’huile et d’air doivent être régulièrement nettoyés, afin que les tempéra-tures d’exploitation restent autant que possible basses.

• Les petites fuites sont inévitables. Les grosses fuites peuvent être détectées par des mesures de la consommation ou par des sifflements de l’air.

Elles doivent être corrigées. Les pertes par fuites sont proportionnelles à la puissance « trois » de la pression du réseau de distribution.

Installations nouvelles

• Grandeurs: pour le compresseur, il faut veiller à un haut taux d’exploitation. Pour la détermination de la puissance, il y a lieu de faire des calculs pré-cis de la consommation d’air ou, si une ancienne installation existe, de faire des mesures sur cette installation. Lorsque la consommation présente de grandes variations, par exemple nuit et jour, il y a lieu de prévoir l’installation de deux compres-seurs : un petit pour la couverture de la demande de base et un autre pour assurer la distribution de pointe.

• Enclenchement et déclenchement de la pression : ne pas utiliser si possible de pression élevée, parce que la consommation d’énergie augmente fortement lorsque la pression augmente.

• Type de compresseur : le choix du compresseur doit être fait en fonction de l’utilisation de l’air.

Les critères de choix des compresseurs sont la puissances, la gamme de pression ainsi que la qualité de l’air (par exemple air sans huile).

Exemple dans une entreprise de cartonnage : Les mesures de consommation d’une installation de production avec un compresseur de 75 kW et une puissance de distribution de 500 m³/ h indiquait des pertes de 300 m³/ h. Raison : une soupape dans le compresseur était défectueuse ! Ce défaut avait pour conséquence un surcoût de la consommation d’électricité d’une valeur de Fr. 165.- / jour. Par un contrôle et de l’entretien, un tel coût pourrait être évité.

Mesures

La consommation de courant à vide représente plus de la moitié de la consommation en charge.

La réparation immédiate de la soupape représentait un coût de Fr. 500.-.

L’installation d’un deuxième compresseur car pour le compresseur de base la marche de nuit corres-pond à 90 % de régime à vide. Les compresseurs sont pourvus dans le circuit de réglage d’appa-reillage évitant des mises en marche fréquentes. De ce fait le compresseur fonctionne très souvent à vide, cela veut dire que lorsque le moteur tourne et que le compresseur fonctionne, il ne se fait pas de travaux de maintenance et pas de recherche de fuites. La consommation en régime à vide repré-sente entre 50 % et 70 % de la consommation en charge.

Calcul économique :

Investissement pour un nouveau

compresseur (deuxième) Fr. 20 000.-Economie de courant

(consommation à vide 70000 kWh /a) Fr. 10 500.-Réduction des frais d’entretien

à cause de la réduction de marche Fr. 1 500.-Réduction des coûts / an Fr. 12 000.-d’où amortissement en moins de 2 ans !

11.2 Ventilation

Réduire les heures d’exploitation et les volumes Le postulat de l’adaptation des besoins énergéti-ques aux besoins réels est, dans le domaine de la ventilation industrielle, très actuel. Beaucoup de mesures sont d’ordre d’organisation et entraînent de faibles investissements. Des modifications aux installations de productions et aux canaux de dis-tribution sont beaucoup plus conséquentes.

Technique

Dans l’industrie, selon les estimations, entre 10 % et 15 % de la consommation des moteurs est le fait d’installations de ventilation. Il existe des installa-tions de ventilation avec seulement l’aspiration d’air frais et des installations avec prise d’air frais et extraction locale des polluants.

Les ventilations de locaux ventilent et / ou chauffent des locaux et des halles. Dans la règle générale, l’air est renouvelé. Lorsque des processus produisent des émissions polluantes, il est plus avantageux d’éliminer celles-ci directement à leur source plutôt

que d’augmenter l’alimentation d’air pour assurer la même concentration. Les ventilations avec extraction de polluants à la source fonctionnent plus efficace-ment ; meilleur air avec moins de consommation d’énergie.

Mesures

• Les économies de courant et d’argent sont influen-cées par les facteurs suivants :

• adaptation des temps d’exploitation,

• réduction du flux volumique,

• réduction des pertes de charge dans les canaux de ventilation,

• augmentation des rendements des composants.

• L’adaptation des temps de fonctionnement aux temps d’utilisation peut se faire par des moyens relativement simples (interrupteur horloge, sen-seur de matière polluante, commande en fonc-tion de la distribufonc-tion). Ainsi, l’installafonc-tion de ven-tilation n’est alors en service que lorsque cela est vraiment nécessaire.

• Par la réduction du flux volumique, il est possible de diminuer très fortement la consommation d’énergie. Il faut se rappeler que la puissance électrique d’une installation de ventilation est proportionnelle à la puissance 3 du débit. Le débit peut être réduit par une commande à vitesse variable et par une meilleure réalisation de l’ins-tallation. Il est évident que les mesures de réduc-tion du débit ne doivent pas provoquer une dimi-nution du confort « raisonnable » souhaité.

• Les pertes de charge dans les canaux sont déter-minées par les dimensions de ceux-ci. Par exem-ple, une surface double du canal de ventilation ne nécessite plus qu’un quart de l’énergie pour le transport du même débit. Les modifications de la grandeur des canaux sont liées à des frais d’in-vestissement important. Par des comparaisons entre différentes variantes, il est possible de quan-tifier les coûts et les économies. Pour cela, il y a lieu de comparer les coûts d’investissements, de consommation d’énergie et d’entretien.

• Les rendements des composants, du moteur, de la réduction mécanique (courroie) et du ventila-teur jouent un rôle important. Par l’installation de composants avec de meilleurs rendements, il est possible de diminuer la consommation d’énergie électrique.

Hygiène de l’air ventilé

Les valeurs « MAK » indiquent les quantités accep-tables des composants dangereux dans le volume d’air. MAK donne les valeurs maximales de concen-tration à la place de travail. Ces valeurs font partie des prescriptions de la CNA et se trouvent dans la prescription CNA N° 1903. Pour l’appréciation de beaucoup de mélanges particuliers intervenant dans l’industrie, ces valeurs sont limitées. Dans la pratique, on utilise souvent des formules empi-riques ou des valeurs d’expérience. En cas d’acci-dent, il y a des installations qui prévoient la mise en service d’un débit « tempête ». Ce débit provoque une augmentation massive des aspirations et des rejets ; par exemple, ceux-ci sont doublés.

Liste de contrôle

Mesures immédiates sans investissement

• Motivation du personnel, déclenchement de l’ins-tallation lorsque celle-ci n’est pas utilisée.

• Contrôler périodiquement les réglages et les fonctions des horloges à contacts, en particulier lors d’interruption de courant ou au changement entre heures d’hiver et d’été.

• Lors de changement de fabrication, il y a lieu de recontrôler les réglages et les commandes.

• Réduire les volumes d’air (emploi des valeurs MAK).

• Entretenir régulièrement les installations : nettoyer ou changer les filtres, contrôler les transmissions, nettoyer les carcasses des moteurs ainsi que les ouvertures de ventilation.

Installations neuves

• Optimiser les installations en fonction des condi-tions d’exploitation les plus récentes et mettre à profit les réglages continus.

• Installer des aspirations de sources de polluants (meilleur air et moins de courant).

• Réglage de la puissance des ventilateurs en con-tinu ou par palier. Eventuellement installer des ventilateurs répartis ou fractionnés.

• Pour la ventilation « tempête », il vaut mieux ins-taller des moteurs séparés.

• Intégrer des récupérateurs de chaleur (la consom-mation de courant va augmenter mais le gain en chaleur récupérée sera important).

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