Qu'est-ce qu'un équipement de source d'air ? De quel équipement s'agit-il ?

Qu'est-ce qu'un équipement de source d'air ? De quel équipement s'agit-il ?

L'équipement de production d'air comprimé comprend le compresseur d'air. Il existe de nombreux types de compresseurs d'air, les plus courants étant les compresseurs à piston, centrifuges, à vis, à palettes coulissantes, à spirale, etc.
L'air comprimé produit par le compresseur contient une grande quantité de polluants tels que l'humidité, l'huile et la poussière. Un système de purification est indispensable pour éliminer correctement ces polluants et éviter qu'ils ne perturbent le bon fonctionnement du système pneumatique.

L'expression « équipement de purification d'air » désigne de manière générale un ensemble d'équipements et de dispositifs. Dans le secteur, on parle également d'équipement de post-traitement, généralement pour désigner des réservoirs de stockage de gaz, des sécheurs, des filtres, etc.
● réservoir d'air
Le réservoir de stockage de gaz sert à éliminer les pulsations de pression, à abaisser la température grâce à la détente adiabatique et au refroidissement naturel, à séparer l'humidité et l'huile présentes dans l'air comprimé et à stocker une certaine quantité de gaz. D'une part, il permet de pallier le problème d'une consommation d'air supérieure au débit du compresseur sur une courte période. D'autre part, il assure une alimentation en air de secours en cas de panne du compresseur ou de coupure de courant, garantissant ainsi la sécurité des équipements pneumatiques.

●Séchoir à air

Un sécheur d'air comprimé, comme son nom l'indique, est un appareil permettant d'éliminer l'eau de l'air comprimé. Parmi les plus courants, on trouve les lyophilisateurs et les sécheurs par adsorption, ainsi que les sécheurs déliquescents et les sécheurs à membrane polymère. Le sécheur frigorifique est l'appareil de déshydratation d'air comprimé le plus répandu et est généralement utilisé lorsque les exigences en matière de qualité de l'air comprimé sont générales. Il exploite la propriété selon laquelle la pression partielle de vapeur d'eau dans l'air comprimé est déterminée par sa température pour effectuer le refroidissement, la déshydratation et le séchage. Dans le secteur, les sécheurs frigorifiques d'air comprimé sont généralement appelés « sécheurs frigorifiques ». Leur fonction principale est de réduire la teneur en eau de l'air comprimé, c'est-à-dire d'abaisser son point de rosée. Dans un système d'air comprimé industriel, il s'agit d'un équipement indispensable au séchage et à la purification (ou post-traitement) de l'air comprimé.

1 principe de base

L'air comprimé permet d'éliminer la vapeur d'eau par pressurisation, refroidissement, adsorption et autres procédés. Le lyophilisateur est une méthode de refroidissement. L'air comprimé contient divers gaz et de la vapeur d'eau ; il est donc humide. La teneur en humidité de l'air est généralement inversement proportionnelle à la pression : plus la pression est élevée, moins l'air est humide. Lorsque la pression de l'air augmente, la vapeur d'eau présente en excès se condense (autrement dit, le volume d'air comprimé diminue et ne peut plus contenir toute la vapeur d'eau initiale).

Cela signifie que, par rapport à l'air initialement inhalé, la teneur en humidité diminue (il s'agit ici du retour de cette partie de l'air comprimé à l'état non comprimé).

Cependant, l'air comprimé qui s'échappe du compresseur est encore saturé et sa teneur en vapeur d'eau est maximale ; il se trouve donc dans un état critique de transition gaz-liquide. Cet air comprimé est alors dit saturé ; par conséquent, une légère pression suffit à provoquer la condensation de la vapeur d'eau, qui passe instantanément de l'état gazeux à l'état liquide.

En supposant que l'air soit une éponge humide ayant absorbé de l'eau, son taux d'humidité correspond à cette eau absorbée. Si l'on extrait une partie de cette eau par pression, son taux d'humidité diminue. En laissant l'éponge reprendre sa forme initiale, elle sera naturellement plus sèche qu'au départ. Ce procédé permet également d'éliminer l'eau et de sécher par pressurisation.
Si, après avoir atteint une certaine force lors de la compression de l'éponge, celle-ci cesse de se vider : elle est alors saturée. En augmentant encore la force de compression, l'eau continue de s'écouler.

Par conséquent, le corps du compresseur d'air a pour fonction d'éliminer l'eau, et la méthode utilisée consiste à pressuriser, mais ce n'est pas le but du compresseur d'air, mais une contrainte « désagréable ».

Pourquoi la pressurisation n'est-elle pas utilisée pour déshydrater l'air comprimé ? Principalement pour des raisons économiques : augmenter la pression de 1 kg représente une consommation d'énergie d'environ 7 %, ce qui est très peu rentable.

Le séchage par refroidissement est relativement économique, et le séchoir frigorifique utilise le même principe que la déshumidification d'un climatiseur. La densité de la vapeur d'eau saturée étant limitée à une pression aérodynamique de l'ordre de 2 MPa, on peut considérer qu'elle ne dépend que de la température et est indépendante de la pression atmosphérique.

Plus la température est élevée, plus la densité de vapeur d'eau dans l'air saturé est importante, et plus la quantité d'eau est grande. Inversement, plus la température est basse, moins il y a d'eau (ceci est facile à comprendre : l'hiver est sec et froid, l'été est chaud et humide).

Refroidir l'air comprimé à une température aussi basse que possible afin de réduire la densité de la vapeur d'eau qu'il contient et de former de la condensation, recueillir les petites gouttelettes d'eau formées par la condensation et les évacuer, afin d'éliminer l'humidité de l'air comprimé.

Le processus impliquant la condensation de l'eau, la température ne peut être inférieure au point de congélation, sous peine d'un drainage inefficace. Généralement, la température nominale de point de rosée sous pression d'un lyophilisateur se situe entre 2 et 10 °C.

Par exemple, le « point de rosée sous pression » à 10 °C de 0,7 MPa est converti en « point de rosée sous pression atmosphérique » à -16 °C. On peut en déduire que, dans un environnement où la température est supérieure ou égale à -16 °C, il n'y aura pas d'eau liquide lorsque l'air comprimé sera rejeté dans l'atmosphère.

Toutes les méthodes de déshumidification de l'air comprimé ne permettent d'atteindre qu'un degré de sécheresse relatif. Il est impossible d'éliminer totalement l'humidité, et rechercher une sécheresse supérieure aux exigences d'utilisation s'avère très coûteux.
2. Principe de fonctionnement

Le sécheur frigorifique à air comprimé refroidit l'air comprimé pour condenser la vapeur d'eau qu'il contient en gouttelettes liquides, afin de réduire la teneur en humidité de l'air comprimé.
Les gouttelettes condensées sont évacuées de la machine par le système de drainage automatique. Tant que la température ambiante de la canalisation en aval, à la sortie du sécheur, n'est pas inférieure à la température du point de rosée à la sortie de l'évaporateur, aucune condensation secondaire ne se produira.

3 flux de travail

Procédé à air comprimé :
L'air comprimé entre dans l'échangeur de chaleur à air (préchauffeur) [1], qui réduit initialement la température de l'air comprimé à haute température, puis entre dans l'échangeur de chaleur Fréon/air (évaporateur) [2], où l'air comprimé est refroidi extrêmement rapidement, abaissant considérablement la température jusqu'à la température du point de rosée, et l'eau liquide et l'air comprimé séparés sont séparés dans le séparateur d'eau [3], et l'eau séparée est évacuée de la machine par le dispositif de drainage automatique.

L'air comprimé et le fluide frigorigène à basse température échangent de la chaleur dans l'évaporateur [2]. À ce stade, la température de l'air comprimé est très basse, approximativement égale à la température du point de rosée (2 à 10 °C). Sauf exigence particulière (c'est-à-dire, aucune exigence de basse température pour l'air comprimé), l'air comprimé retourne généralement à l'échangeur de chaleur (préchauffeur) [1] pour échanger de la chaleur avec l'air comprimé à haute température qui vient d'entrer dans le sécheur froid. L'objectif de cette opération est le suivant :

① Utiliser efficacement le « refroidissement résiduel » de l’air comprimé séché pour pré-refroidir l’air comprimé à haute température qui vient d’entrer dans le sécheur froid, afin de réduire la charge de réfrigération du sécheur froid ;

② Prévenir les problèmes secondaires tels que la condensation, les gouttes et la rouille à l'extérieur du pipeline arrière causés par l'air comprimé sec à basse température.

Processus de réfrigération :

Le fluide frigorigène fréon pénètre dans le compresseur [4], et après compression, la pression (et la température) augmente. Lorsque cette dernière dépasse légèrement la pression du condenseur, la vapeur de fluide frigorigène à haute pression est évacuée dans ce dernier [6]. Dans le condenseur, la vapeur de fluide frigorigène, à température et pression plus élevées, échange de la chaleur avec l'air à température plus basse (refroidissement par air) ou avec de l'eau de refroidissement (refroidissement par eau), ce qui permet la condensation du fréon à l'état liquide.

À ce moment-là, le fluide frigorigène liquide pénètre dans l'échangeur de chaleur air/Fréon (évaporateur) [2] par le tube capillaire/détendeur [8] afin de se dépressuriser (se refroidir) et d'absorber la chaleur de l'air comprimé présent dans l'évaporateur pour se vaporiser. L'élément à refroidir – l'air comprimé – est refroidi, et la vapeur de fluide frigorigène ainsi vaporisée est aspirée par le compresseur pour démarrer le cycle suivant.

Le fluide frigorigène effectue un cycle complet en quatre étapes : compression, condensation, détente (étranglement) et évaporation. Ces cycles frigorifiques continus permettent de congeler l’air comprimé.
4 Fonctions de chaque composant
échangeur de chaleur air-air
Afin d'éviter la formation de condensation sur la paroi extérieure de la canalisation, l'air lyophilisé sort de l'évaporateur et échange de la chaleur avec de l'air comprimé chaud et humide à haute température dans l'échangeur de chaleur air-air. Simultanément, la température de l'air entrant dans l'évaporateur est fortement abaissée.

échange de chaleur
Le fluide frigorigène absorbe la chaleur et se dilate dans l'évaporateur, passant de l'état liquide à l'état gazeux, et l'air comprimé est refroidi par échange thermique, de sorte que la vapeur d'eau contenue dans l'air comprimé passe de l'état gazeux à l'état liquide.

séparateur d'eau
L'eau liquide précipitée est séparée de l'air comprimé dans le séparateur d'eau. Plus l'efficacité de séparation du séparateur d'eau est élevée, plus la proportion d'eau liquide se revolatilisant dans l'air comprimé est faible, et plus le point de rosée sous pression de l'air comprimé est bas.

compresseur
Le fluide frigorigène gazeux pénètre dans le compresseur frigorifique et est comprimé pour devenir un fluide frigorigène gazeux à haute température et haute pression.

vanne de dérivation
Si la température de l'eau liquide précipitée descend en dessous de 0 °C, la glace condensée risque de provoquer un blocage. La vanne de dérivation permet de réguler la température de réfrigération et de maintenir le point de rosée sous pression à une température stable (entre 1 et 6 °C).

condenseur

Le condenseur abaisse la température du fluide frigorigène, qui passe ainsi d'un état gazeux à haute température à un état liquide à basse température.

filtre
Le filtre élimine efficacement les impuretés du fluide frigorigène.

Valve capillaire/d'expansion
Après que le fluide frigorigène ait traversé le tube capillaire/détendeur, son volume augmente, sa température diminue et il devient un liquide à basse température et basse pression.

Séparateur gaz-liquide
Étant donné que le fluide frigorigène liquide pénétrant dans le compresseur provoque un choc thermique susceptible d'endommager ce dernier, le séparateur gaz-liquide de fluide frigorigène garantit que seul le fluide frigorigène gazeux puisse pénétrer dans le compresseur frigorifique.

vidange automatique
Le système de vidange automatique évacue à intervalles réguliers l'eau liquide accumulée au fond du séparateur.

séchoir

Le séchoir frigorifique présente l'avantage d'une structure compacte, d'une utilisation et d'un entretien aisés, ainsi que de faibles coûts de maintenance. Il convient aux applications où la température de point de rosée de l'air comprimé n'est pas trop basse (supérieure à 0 °C).
Le sécheur par adsorption utilise un dessiccant pour déshumidifier et sécher l'air comprimé qui le traverse. Les sécheurs par adsorption régénératifs sont souvent utilisés quotidiennement.
● filtre
Les filtres se divisent en filtres de canalisation principaux, séparateurs gaz-eau, filtres désodorisants à charbon actif, filtres de stérilisation à la vapeur, etc. Leur fonction est d'éliminer l'huile, la poussière, l'humidité et autres impuretés présentes dans l'air afin d'obtenir de l'air comprimé propre.