AIR COMPRIMÉ
RETOUR D’EXPERIENCE
AIR COMPRIMÉ OBJECTIF Dresser, à travers le panel de sites étudiés, l’état des existants et de l’exploitation des moyens de production de l’air comprimé de la profession et caractériser la performance énergétique des centrales.
Ratio énergétique spécifique
Le ratio énergétique spécifique pour l’air comprimé s’exprime en Wh/Nm3. La dispersion de ce ratio global s’analyse en fonction des paramètres suivants : ½ le mode de régulation en débit des compresseurs (TOR, modulant ou VEV (4 % des sites en sont équipés), ½ le mode d’engagement des compresseurs et leur taux de charge, ½ le niveau de pression de l’air comprimé produit (de 6 à 10 bar eff), ½ le mode de séchage de l’air comprimé.
Poids énergétique de l’air comprimé
SOUS-SECTEUR
PART DE L’AIR COMPRIMÉ SUR LA CONSOMMATION TOTALE D’ÉLECTRICITÉ
INDUSTRIEL
CAOUTCHOUC ÉLECTRONIQUE FONDERIE – EMBOUTISSAGE MÉCANIQUE ET ÉQUIPEMENTS
15% 17% 18% 17%
PLASTURGIE TEXTILE MOYENNE
13% 17% 16 %
THERMIQUES
Ratios de production d’air comprimé globaux observés chez les équipementiers de l’automobile
) 3 m N / h W ( e u q i f i c é p s o i t a R
Distribution
Le taux de fuite, qui caractérise énergétiquement la distribution, est un paramètre accessible uniquement lors des phases d’arrêt de production. Sa mesure n’accompagne donc pas systématiquement prédiagnostics et diagnostics, mais, lorsqu’elle a été possible, la valeur constatée s’échelonne de 13 à plus de 40 %. Par ailleurs, aucun cas de perte de charge véritablement excessive (mauvais dimensionnement du réseau du fait de section trop faible ou de coudes trop nombreux) n’a été observé.
Production annuelle en millions d’unités (Nm3)
Voies de progrès et potentiel de gains
VOIES DE PROGRÈS
% DE SITES POTENTIELLEMENT CONCERNÉS
GAINS MOYENS* (EN % DU POSTE )
AMÉLIORATION DU MODE D’ENGAGEMENT OU COMPRESSEUR
75 %
14 %
RÉDUCTION DU TAUX DE FUITES
86 %
11 %
REDIMENSIONNEMENT DU SÉCHEUR
27 %
QUALITÉ FOURNITURE (MOINS DE REBUTS)
VALORISATION ÉNERGÉTIQUE DU
13 %
9%
RÉDUCTION DE LA PRESSION (USAGES ET PRODUCTION)
8%
2,1 %
À VITESSE VARIABLE
DE FAÇON NOTABLE ET RÉALISTE POUR GARANTIR LE POINT DE ROSÉE REQUIS
REFROIDISSEMENT DU COMPRESSEUR
Traitement des condensats
Peu de sites disposent d’un traitement adéquat des condensats huileux (séparateurs).
*Gains énergétiques sur la part énergétique de la production d’air comprimé.
AUTODIAGNOSTIC
AIR COMPRIMÉ OBJECTIF
Calculer les valeurs des ratios énergétiques caractérisant l’efficacité énergétique de la production d’air comprimé, afin de les comparer aux valeurs moyennes couramment rencontrées et présentées dans la fiche «retour d’expérience». Il s’agit en outre de mettre en place une base de données pérenne au niveau de la FIEV et en libre accès pour les adhérents.
Ratio énergétique spécifique
RATIO =
PUISSANCE ABSORBÉE PAR LA CENTRALE (COMPRESSEURS ET AUXILIAIRES) DÉBIT D’AIR PRODUIT
Le ratio énergétique spécifique globalise des rendements intermédiaires liés à la compression, au refroidissement du compresseur et au traitement de l’air comprimé (séchage…). La distribution ne peut transparaître dans le calcul de ce ratio. Toutefois, l’incidence énergétique du compresseur et de son dimensionnement est primordiale, devant le séchage de l’air comprimé et le refroidissement des compresseurs. Donc, la connaissance de la seule puissance absordée par les compresseurs demeure un bon indicateur pour qualifier la performance énergétique de la
[Wh/m3]
centrale. En outre, le calcul du rendement énergétique de la centrale de production d’air comprimé impose des données de comptage (sur un temps représentatif du fonctionnement de l’usine, (typiquement 1 semaine) tant sur la partie alimentation de puissance que sur le débit d’air comprimé. À défaut, on peut néanmoins avoir une approximation du rendement énergétique d’un compresseur régulant en TOR (tout ou rien) à partir de la mesure du taux de charge de celui-ci ; le taux de charge étant facile à déterminer, pour une période donnée représentative :
TAUX DE CHARGE (TX) = HEURES DE MARCHE EN CHARGE / HEURES DE MARCHE TOTALES [%]
Le rendement énergétique spécifique (Wh/Nm3) découle du taux de charge du compresseur selon le tableau suivant pour une centrale avec une régulation TOR (les rendements sont encore plus dégradés avec une régulation progressive mais en revanche quasiment pas avec une régulation à vitesse variable dans la plage de débit 20 % – 100 %).
En outre le taux de charge renseigne directement le débit produit par le compresseur : TAUX DE CHARGE (T X ) 25 % 50 % 75 %
1
2
3
4
5
6
291 187 152
161 147 137
147 140 135
142 137 133
139 136 133
137 135 132
Évolution du rendement énergétique de compression à 7 bars (efficace) (hors auxilliaires) en Wh/Nm3 avec le taux de charge du compresseur d’appoint.
DÉBIT MOYEN = TAUX DE CHARGE
On peut donc, par exemple, en déduire le débit de fuite de l’usine lors d’un arrêt de fabrication, par la mesure du taux de charge (même sur période courte : dix
NOMBRE DE COMPRESSEURS (OU ÉQUIVALENCE EN DÉBIT PAR RAPPORT AU COMPRESSEUR D’APPOINT )
X
DÉBIT NOMINAL COMPRESSEUR [m3/h ]
minutes de présence auprès du compresseur régulant sont suffisantes avec comme
équipement un simple chronomètre) en laissant la centrale fonctionner et réguler :
180
DÉBIT DE FUITE = TAUX DE CHARGE (ARRET DE PRODUCTION) X DÉBIT NOMINAL COMPRESSEUR [m3/h ] r u e s s e r p m o c t n e m e g a g n E
Non-optimisé 130
Marche en charge : Tc
Optimisé
Marche à vide : Tv
TAUX DE CHARGE = TC
Temps
/ (TC + TV)
8
Ratio énergétique (Wh/m3 )
2 4 4 15
15
20
60
ÉTAT DE L’ART ET DES PRATIQUES
AIR COMPRIMÉ OBJECTIF Répertorier les principaux matériels existants, en présenter les caractéristiques énergétiques, préciser leur mise en œuvre et leur domaine d’application.
La production
Niveau de pression de l’air comprimé produit + 7 % de consommation spécifique pour une production à 8 bar eff au lieu de 7 bar eff ½ Technologie de compression (centrifuge, vis, pistons, palettes, lobes, membranes) ratios spécifiques nominaux de 110 à plus de 130 Wh/Nm3 à 7 bar eff dans les conditions d’essais, ½ Mode de régulation en débit (modulant, TOR 0-100 %, TOR 0-50-100 %, mixte,VEV) et la cascade de régulation dégradation de 50 % du rendement pour un taux de charge de 30 %. ½ Conditions de fonctionnement des compresseurs (température, pression d’aspiration de l’air, mode de refroidissement du compresseur et température associée) surconsommation de 1,5 % pour des filtres encrassés. ½
Le traitement
½
Type de sécheur (frigorifique, adsorption…) et concentration requise d’eau dans l’air (niveau de séchage défini selon le point
de rosée exigé par les usages) variation du ratio spécifique de 2 Wh/Nm3 à 20 Wh/Nm3 selon le type de sécheur et son dimensionnement ½ Degré de filtration (induisant plus ou moins de perte de charge) ½ Traitement des condensats huileux (séparation membranaire ou par décantation) ½ Respect de l’ordre des éléments composant la centrale de production (voir dessin ci-dessous).
La distribution
Design du réseau (réseau bouclé ou en antenne, diamètre des tuyauteries, pertes de charge singulières) ½ Taux de fuite du réseau (raccords, tuyaux souples…) les taux de fuites supérieurs à 20 % du débit moyen sont courants. Les campagnes de détection peuvent être menées à l’oreille lors d’arrêt de production ou à l’aide d’un détecteur à ultrasons pour ne pas être perturbé par le bruit de fond. Le coût d’un tel appareil est d’environ 4 000 l. ½ Inertie du réseau (volume) à travers son impact sur la régulation. ½
