Un système d'air comprimé, au sens strict, est composé d'une source d'air, d'un système de purification d'air et des canalisations associées. Au sens large, il englobe les composants auxiliaires pneumatiques, les actionneurs pneumatiques, les composants de commande pneumatiques, les composants de vide, etc. Généralement, l'équipement d'une station de compression d'air constitue un système d'air comprimé au sens strict. La figure suivante illustre un schéma de fonctionnement typique d'un tel système :
L'équipement de source d'air (compresseur d'air) aspire l'atmosphère, comprime l'air à l'état naturel en air comprimé à pression plus élevée et élimine l'humidité, l'huile et autres impuretés de l'air comprimé grâce à un équipement de purification.
L'air naturel est composé d'un mélange de divers gaz (O₂, N₂, CO₂, etc.), dont la vapeur d'eau. L'air contenant une certaine quantité de vapeur d'eau est dit humide, tandis que l'air qui n'en contient pas est dit sec. L'air qui nous entoure étant humide, le fluide de travail d'un compresseur d'air est naturellement de l'air humide.
Bien que la teneur en vapeur d'eau de l'air humide soit relativement faible, elle influe considérablement sur ses propriétés physiques. Dans un système de purification d'air comprimé, le séchage de l'air comprimé est une étape essentielle.
Dans certaines conditions de température et de pression, la teneur en vapeur d'eau de l'air humide (c'est-à-dire sa densité) est limitée. À une certaine température, lorsque la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air atteint sa valeur maximale, l'air humide est dit saturé. L'air humide dont la teneur en vapeur d'eau n'a pas atteint cette valeur maximale est dit insaturé.
Lorsque l'air non saturé devient saturé, des gouttelettes d'eau liquide se condensent : c'est la condensation. Ce phénomène est courant. Par exemple, en été, lorsque l'humidité est élevée, des gouttelettes d'eau se forment facilement sur les parois des canalisations. En hiver, le matin, des gouttelettes apparaissent sur les vitres des habitations. Ces condensations sont dues au refroidissement de l'air humide sous pression constante.
Comme indiqué précédemment, la température à laquelle l'air non saturé atteint la saturation est appelée point de rosée lorsque la pression partielle de vapeur d'eau est maintenue constante (c'est-à-dire que la teneur absolue en eau reste constante). Lorsque la température descend jusqu'au point de rosée, il se produit de la condensation.
Le point de rosée de l'air humide dépend non seulement de la température, mais aussi de sa teneur en humidité. Il est élevé lorsque l'air est riche en eau et bas lorsqu'il est pauvre en eau.
La température de point de rosée est un paramètre important en ingénierie des compresseurs. Par exemple, si la température de sortie d'un compresseur d'air est trop basse, le mélange huile-gaz se condense en raison de la basse température dans le réservoir, ce qui entraîne la présence d'eau dans l'huile de lubrification et nuit à son efficacité. Par conséquent, la température de sortie d'un compresseur d'air doit être conçue de manière à ne pas être inférieure à la température de point de rosée pour la pression partielle correspondante.
Le point de rosée atmosphérique est la température de rosée sous pression atmosphérique. De même, le point de rosée sous pression désigne la température de rosée de l'air comprimé.
La relation entre le point de rosée sous pression et le point de rosée sous pression normale est liée au taux de compression. À point de rosée sous pression égal, plus le taux de compression est élevé, plus le point de rosée sous pression normale correspondant est bas.
L'air comprimé sortant du compresseur est pollué. Les principaux polluants sont : l'eau (gouttelettes, brouillard et vapeur d'eau), les résidus d'huile de lubrification (gouttelettes et vapeurs d'huile), les impuretés solides (rouille, poudre métallique, fines particules de caoutchouc, goudron, matériaux filtrants, fines particules de joints, etc.), les impuretés chimiques nocives et autres impuretés.
L'huile de lubrification dégradée endommage le caoutchouc, le plastique et les joints, provoquant des dysfonctionnements des vannes et des émissions polluantes. L'humidité et la poussière entraînent la rouille et la corrosion des pièces métalliques et des canalisations, ce qui peut bloquer ou user les pièces mobiles et causer des dysfonctionnements ou des fuites d'air au niveau des composants pneumatiques. Elles peuvent également obstruer les orifices de régulation ou les filtres. Enfin, la glace peut provoquer le gel ou la fissuration de la canalisation.
En raison de la mauvaise qualité de l'air, la fiabilité et la durée de vie du système pneumatique sont fortement réduites, et les pertes qui en résultent dépassent souvent largement le coût et les frais d'entretien du dispositif de traitement de la source d'air. Il est donc absolument nécessaire de choisir correctement le système de traitement de la source d'air.
Quelles sont les principales sources d'humidité dans l'air comprimé ?
La principale source d'humidité dans l'air comprimé est la vapeur d'eau aspirée par le compresseur. Lors de la compression, une grande quantité de vapeur d'eau est transformée en eau liquide, ce qui réduit considérablement l'humidité relative de l'air comprimé à la sortie du compresseur.
Par exemple, lorsque la pression du système est de 0,7 MPa et que l'humidité relative de l'air inhalé est de 80 %, bien que l'air comprimé sortant du compresseur soit saturé sous pression, son humidité relative, ramenée à la pression atmosphérique avant compression, n'est que de 6 à 10 %. Autrement dit, la teneur en humidité de l'air comprimé est fortement réduite. Cependant, à mesure que la température diminue progressivement dans la canalisation de gaz et les équipements, une quantité importante d'eau liquide continue de se condenser dans l'air comprimé.
Comment se produit la contamination de l'air comprimé par l'huile ?
L'huile de lubrification du compresseur d'air, les vapeurs d'huile et les gouttelettes d'huile en suspension dans l'air ambiant, ainsi que l'huile de lubrification des composants pneumatiques du système, sont les principales sources de pollution par les hydrocarbures dans l'air comprimé.
À l'exception des compresseurs d'air centrifuges et à membrane, presque tous les compresseurs d'air actuellement utilisés (y compris divers compresseurs d'air lubrifiés sans huile) rejettent plus ou moins d'huile sale (gouttelettes d'huile, brouillard d'huile, vapeur d'huile et fission de carbone) dans le gazoduc.
La température élevée de la chambre de compression du compresseur d'air provoque la vaporisation, le craquage et l'oxydation d'environ 5 à 6 % de l'huile, qui se dépose sur la paroi intérieure du tuyau du compresseur d'air sous forme de film de carbone et de vernis, tandis que la fraction légère est mise en suspension sous forme de vapeur et de microparticules. Ces particules sont introduites dans le système par l'air comprimé.
En résumé, pour les systèmes ne nécessitant pas de lubrifiants en fonctionnement, toutes les huiles et tous les lubrifiants présents dans l'air comprimé peuvent être considérés comme des matières contaminées par des hydrocarbures. Pour les systèmes nécessitant l'ajout de lubrifiants en fonctionnement, toutes les peintures antirouille et l'huile de compresseur contenues dans l'air comprimé sont considérées comme des impuretés polluantes.
Comment les impuretés solides pénètrent-elles dans l'air comprimé ?
Les principales sources d'impuretés solides dans l'air comprimé sont :
① L'atmosphère environnante est chargée de diverses impuretés de tailles variables. Même si l'orifice d'aspiration du compresseur d'air est équipé d'un filtre à air, les impuretés « aérosol » inférieures à 5 µm peuvent généralement pénétrer dans le compresseur avec l'air aspiré et se mélanger à de l'huile et de l'eau dans le tuyau d'échappement lors de la compression.
②Lorsque le compresseur d'air fonctionne, le frottement et la collision entre les différentes pièces, le vieillissement et la chute des joints, ainsi que la carbonisation et la fission de l'huile lubrifiante à haute température entraîneront l'introduction de particules solides telles que des particules métalliques, de la poussière de caoutchouc et des particules carbonées dans le gazoduc.
Date de publication : 18 avril 2023
