L’industrie des mines – un environnement sévère

Diminuer la pression d’un système est souvent envisagé comme solution pour réaliser des économies d’énergie mais cela peut affecter la production et les économies potentielles peuvent être trompeuses. Dans un effort pour obtenir des résultats, cette façon d’économiser est souvent trop simplifiée et les économies potentielles exagérées. De plus amples détails au sujet de cette action sont discutés dans l’espoir de clarifier les avenues et améliorer les rendements calculés.

Mesures de conservation d’énergie pour les compresseurs d’air (MCE)

Les mesures de conservation d’énergie associées aux compresseurs d’air ont reçu beaucoup d’attention dernièrement, principalement à cause d’un retour sur investissement assez faible comparé à d’autres équipements qui consomment de l’énergie.

Au fil du temps, un grand nombre d’actions correctives mises de l’avant pour réduire la consommation d’énergie des systèmes d’air comprimé ont été simplifiées avec l’intention d’encourager certaines actions. Bien que cela soit fait avec les meilleures intentions du monde, parfois les simplifications et les généralisations ne donnent pas nécessairement des résultats positifs. Dans ce document nous avons l’intention de mettre en évidence quelques-unes des questions les plus courantes qui ont été identifiées et non de discuter des meilleures pratiques et de leurs valeurs ajoutées.

Une des mesures les plus courantes de conservation de l’énergie (MCE) pour les compresseurs d’air consiste à réduire la pression du système. D’autres mesures impliquent l’installation de commandes du système, la réparation des fuites et de palier aux vitesses variables du moteur. Afin de simplifier la structure de ce document et d’en gérer efficacement la portée, le propos sera limité à la réduction de pression d’un réseau (MCE).

Réduction de la pression

Les avantages de la baisse de pression d’un système peuvent être attribués à deux actions distinctes dont l’une réduit la pression au niveau du compresseur, et l’autre réduit la pression livrée à l’équipement de production. Chacune a une valeur et peut être mise en œuvre assez facilement. Mais les économies qui y sont associées doivent être calculées avec précision avant de tenter d’invoquer une action qui n’est normalement pas ouvertement soutenue par la production.

Pour le présent document, l’examen sera limité à l’influence de la pression de refoulement du compresseur, sur la puissance des compresseurs à déplacement positif. La demande artificielle et les compresseurs dynamiques sont des sujets plus complexes qui seront abordés dans un autre document.

Réduction de la pression du compresseur

Lors de la réduction de pression à la sortie d’un compresseur, un bénéfice secondaire à la réduction de la demande artificielle est l’impact potentiel sur la puissance du compresseur et parfois de ses capacités. Pour décrire les avantages de basse pression à la sortie d’un compresseur, il est préférable de faire la différence entre un déplacement positif et des compresseurs à déplacement positif.

Ce document ne traite pas des compresseurs dynamiques comme les unités centrifuges. Il importe de noter que pour un compresseur centrifuge, une réduction de la pression peut n’avoir aucun impact sur ​​la puissance ou le débit, si l’unité fonctionne en étranglement. Dans un effort pour limiter la longueur de ce rapport, ce sujet sera traité plus en détail dans un document à venir.

Influence de la pression sur des compresseurs à déplacement positif

La meilleure façon de décrire un compresseur à déplacement positif, c’est en pensant à une bonne pompe à vélo à l’ancienne. Au début, quand la pression est faible, c’est facile de glisser la poignée de haut en bas. Lorsque la pression augmente, il devient de plus en plus difficile de pousser sur le manche. Si la pompe a un piston de 2 pouces de diamètre, il vous sera nécessaire de mettre tout votre poids sur la poignée pour pousser 60 psi de pression dans un pneu. Ceci, parce que la force générée agit contre la pression à la sortie de la pompe. Avec un piston de 2 pouces et une surface spécifique de 3,14 pouces carrés, la force agissant contre le piston excède de 188 lbf.

Un compresseur à déplacement positif est très semblable parce qu’en majeure partie, la pression de refoulement est basée sur la pression dans le système. Considérant ce fait, le travail nécessaire pour déplacer un volume donné d’air à travers le compresseur est réduit lorsque la pression de refoulement est abaissée. Pour un compresseur volumétrique comme un compresseur rotatif à vis ou à piston, ce changement de la pression se traduira par environ ½% de baisse de puissance pour chaque réduction de 1 psi à la décharge.

Bien que cette règle de base soit assez proche pour la plupart des compresseurs à déplacement positif, il y a des limites. Idéalement, le fabricant doit toujours être consulté afin de déterminer le pouvoir réévalué anticipé. Malheureusement, cette information n’est pas toujours facilement disponible et un représentant avec les meilleures intentions, en utilisant simplement le multiplie ½% par la réduction de votre pression indiquée pourra vous donner une nouvelle évaluation.

Considérant l’effort nécessaire pour obtenir le support nécessaire pour des projets de réduction de pression, il est dommage lorsque les projets vont de l’avant et que les économies prévues ne se réalisent pas. Pour permettre de mesurer si les économies prévues sont réalistes, l’influence de la réduction de la pression sur le compresseur doit être pris en considération.

Effets des pertes par frottement interne

Il est fréquent de voir des calculs qui assument ½ % moins de pouvoir pour chaque réduction de 1 psi de pression à la sortie du compresseur, indépendamment de la pression établie lors de sa conception. Si cette théorie était vraie, les fabricants seraient en mesure de concevoir des compresseurs pour 300 psig, et de les faire fonctionner à 100 psig et obtenir une puissance de 0%. Ce n’est évidemment pas le cas et la résistance interne en est l’une des raisons.

Aux fins d’un calcul, un compresseur rotatif à vis conçu pour une pression de 100 psig fonctionnant à plein régime sera utilisé. C’est l’un des types les plus courants de compresseurs utilisés pour des applications industrielles. Examinez alors, la différence entre la pression à la sortie de la chambre de compression et la sortie finale du compresseur. Pour un compresseur lubrifié, l’air doit passer par la tuyauterie interne, un élément séparateur air/huile, une valve de contrôle de pression minimum, l’échangeur de chaleur, et un séparateur d’humidité avant de se livrer à la sortie finale du compresseur.

Pour simplifier la chose, supposons 15 psi de perte de pression à travers tous ces éléments avec une perte de pression moyenne à travers l’élément séparateur air/huile. Si la pression à la sortie est réduite de 20 psi, la réduction prévue de la puissance serait de 10%. Cependant, lorsque l’air prend de l’expansion à une pression inférieure, la densité du gaz réduit.

En supposant un débit de masse constant à pleine charge, le volume d’air se déplaçant à travers le compresseur à 80 psig sera supérieur au volume initial de 100 psig. En calculant la différence sur la base des pressions absolues, le volume devrait augmenter d’environ 1,212 fois. Puisque la partie transversale ne change pas pour les composantes du compresseur, la vitesse serait également augmentée par un facteur de 1,212. Puisque la chute de pression augmente en mesure de la fonction carré de la variation de la vitesse, alors la chute de pression augmenterait de 1,47 fois, et la chute de 15 psi de pression à travers les composantes du compresseur serait maintenant plus proche de 22 psi.

Compte tenu de la réduction de 20 psi à la décharge du compresseur et l’augmentation de 7 psi dans la perte de pression à travers les composantes internes, la chambre de compression ne verrait qu’une réduction de 13 psi de pression, et non le 20 psi qui serait vu à la sortie finale du compresseur.

Par conséquent, la réduction de puissance ne serait que de 6,5% par opposition à l’hypothèse de 10% si ce n’est que la règle (1:2) de calcul du pouce a été prise en considération. L’influence de la vitesse sur les performances d’un échangeur de chaleur aggraverait les problèmes de chute de vitesse et de pression, en diminuant davantage les projections d’épargne encore plus. Il y a aussi des contraintes de vitesse qui peuvent être un problème dans certains compresseurs parce que l’air n’a pas une vitesse illimitée.

Effets des composantes internes et de conception

Il y a deux composantes dans un compresseur rotatif à vis qui limitent les variations de puissance lorsque la pression à la sortie est réduite. La valve de contrôle de pression minimale empêche le carter de se remplir jusqu’à la pression de réseau quand le compresseur est déchargé ou arrêté. La valve sert également à maintenir une pression minimale pour empêcher un entraînement d’huile excessif dû à une vitesse d’air excessive à travers le séparateur air/huile. Cette valve de contrôle de pression minimum limite la réduction de pression à l’élément compresseur lorsque la pression est abaissée à la sortie du compresseur.

Un compresseur à vis rotative a une pression de refoulement minimale dans la conception des rotors, et du plénum d’échappement. Ceci est basé sur un taux de compression dans la conception et la façon dont l’air sort des rotors à travers le plénum d’échappement. Basé sur la conception, la chambre de compression aura une pression minimale générée en interne. Comme la pression dévie de la pression de conception, l’effet net est atténué par les besoins du compresseur pour construire une pression interne minimale basée sur sa conception d’origine. Par conséquent, l’influence sur le pouvoir diminue à mesure que la pression de refoulement s’éloigne de la pression interne telle que prévue à l’origine.

Tests de changements de performance

La façon la plus précise pour confirmer le changement de puissance associée à une réduction de la pression est de le mesurer. Faire fonctionner le compresseur pendant un la nuit ou une fin de semaine, lorsque la demande est plus faible et que la pression du système peut être réduite. Si cela n’est pas possible, laissez tomber la pression du système avec soin pendant la production normale et notez le changement de performance.

Idéalement, la puissance réelle (kW) doit être mesurée, et non pas la puissance apparente (kVA). La puissance apparente est normalement calculée en mesurant l’ampérage et le voltage. Les charges des entreprises d’électricité sont basées sur la puissance réelle en kW. Il est donc nécessaire d’avoir l’équipement approprié pour faire les tests. La nécessité pour les (kW) est due à la variation du facteur de puissance associée à une réduction de la charge du moteur.

Le facteur de puissance est également influencé par des facteurs externes au système et peut changer en fonction d’autres composantes placées sur le système. Comme la valeur du facteur de puissance devient plus faible, l’ampérage va augmenter, ce qui dénature la puissance réelle. Le facteur de puissance peut changer indépendamment du fonctionnement du compresseur, ce qui dénaturera un changement de puissance du compresseur.

Résumé des possibilités d’économie d’énergie associée à une réduction de pression

Réduire la pression du système reste une option efficace de conservation d’énergie, à condition que suffisamment d’efforts, d’expérience et de connaissances soient impliqués dans l’estimation des économies de coûts associés. Des hypothèses simples et des règles de pouce ne s’appliquent pas et peuvent conduire à de mauvaises décisions avec des économies d’énergie négligeables. Avec certains compresseurs, en réduisant la pression on peut n’avoir aucun impact sur ​​la puissance du compresseur. Dans ces scénarios il n’y a pas d’économies de coûts dans tous les cas.

L’analyse précise et une planification détaillée des mesures correctives sont essentielles pour obtenir les résultats anticipés. Cependant, sans mesures de performance et de maintenance appropriées, les économies d’énergie vont se dégrader au fil du temps.

Mark Krisa ingénieur chez Ingersoll Rand, Représenté au Québec par: ENTREPRISES LARRY 4200, rue Saint-Patrick Montréal, Québec H4E 1A5 info@compresseurslarry.com http://www.compresseurslarry.com