Il existe de nombreux types de compresseurs, tels que les compresseurs scroll, les compresseurs alternatifs, les compresseurs rotatifs à vis et les compresseurs centrifuges, mais ils font tous la même chose : comprimer l'air.
Mais comment fonctionnent exactement les compresseurs d’air ? Comment l’air est-il comprimé différemment selon le type de compresseur ? Et quel est le problème, de toute façon ?
Commençons par la dernière question et abordons-la.
La taille du flux d'air dépend de l'utilisation prévue de l'air comprimé. La pression, la vitesse et la qualité de l'air ambiant sont les plus importants de ces facteurs. Tous les compresseurs compriment l’air de la même manière, mais les procédures spécifiques suivies par chaque type pour ce faire sont uniques. Le type de compresseur dont vous avez besoin est en partie déterminé par l'usage pour lequel l'air comprimé sera utilisé, car les variations mentionnées ci-dessus peuvent limiter les valeurs pratiques pour les différentes dimensions du flux d'air qu'elles créent.
La première question peut être réexaminée maintenant que nous comprenons mieux pourquoi le type de compresseur est important. Mais avant d’entrer dans le vif du sujet, examinons rapidement d’où les compresseurs d’air tirent leur énergie.
Sources d'énergie primaires des compresseurs
L'air comprimé peut être utilisé pour alimenter une grande variété d'outils et d'instruments, mais le compresseur lui-même doit être alimenté pour fonctionner. Les compresseurs tirent généralement leur énergie des sources suivantes :
Les petits compresseurs extérieurs sont souvent alimentés par des moteurs à essence. En règle générale, leur débit est inférieur à 50 cfm (1,4 m3/min), mesuré en pieds cubes par minute. Ils sont transportés à la main (souvent dans un immense conteneur à roulettes de type valise).
Les compresseurs plus gros utilisés en extérieur, comme dans la construction commerciale, sont souvent alimentés par des moteurs diesel. Les compresseurs installés de manière permanente et ne pouvant pas être connectés à une prise électrique sont inclus. Le carburant diesel contient plus d'énergie par volume que l'essence, ce qui rend les moteurs diesel plus économes en carburant.
Les compresseurs utilisés à l'intérieur sont alimentés par des moteurs électriques et leurs applications vont des tâches de bricolage aux opérations industrielles à grande échelle comme la fabrication en usine. L’alimentation monophasée est généralement utilisée pour les compresseurs domestiques et les petits magasins, tandis que l’alimentation triphasée est utilisée pour les grands magasins et les activités industrielles.
Comprimer l'air : les principes fondamentaux
L'admission, la compression, le stockage intégré, le refroidissement intégré et la décharge sont les principales étapes de la compression de l'air, bien que tous les compresseurs ne nécessitent pas un stockage ou un refroidissement intégré.
1. Admission
La première étape du processus de compression de l’air consiste bien entendu à aspirer de l’air. Une vanne d'entrée d'air permet à l'air extérieur d'entrer dans le compresseur pendant le processus d'admission.
Un filtre est généralement installé avant la vanne d'entrée d'air pour protéger le compresseur des débris et de la poussière.
2. Compression
L'air comprimé sort ensuite de la chambre de compression.
• Lorsque l'air est comprimé, l'énergie cinétique de la source d'énergie est transformée en énergie potentielle.
Lorsque nous aborderons les types de compresseurs, nous examinerons de plus près comment chaque type de compresseur y parvient, mais pour l'instant, sachez que deux idées de base sous-tendent tous les compresseurs.
Déplacement
Les compresseurs utilisent soit un déplacement positif, soit un déplacement dynamique (parfois appelé déplacement non positif) pour comprimer l'air dans un volume plus petit.
• Compresseurs qui utilisent le déplacement positif pour extraire plus d'air d'un espace donné.
• Déplacement en mouvement Les compresseurs (également appelés non volumétriques) sont des dispositifs qui élèvent la pression atmosphérique en augmentant la vitesse de l'air (et donc son énergie cinétique) puis en la ralentissant à nouveau.
Compresseurs lubrifiés à l’huile ou sans huile
Tous les compresseurs, quelle que soit la méthode utilisée, sont soit lubrifiés à l'huile, soit sans huile.
• Les compresseurs lubrifiés à l'huile (également appelés compresseurs à bain d'huile) utilisent de l'huile dans la chambre de compression à diverses fins, notamment la lubrification, l'étanchéité et le refroidissement. La compression de l’air a pour conséquence d’introduire une trace d’huile dans l’air lui-même. Selon l'objectif final, cela peut ne pas être la meilleure utilisation de l'air comprimé.
• Lorsque l'huile n'est pas utilisée dans la chambre de compression, comme dans les compresseurs sans huile (également appelés compresseurs sans huile), aucune huile n'est libérée dans le flux d'air.
Cependant, cela n’exclut pas la possibilité d’utiliser de l’huile dans n’importe quel aspect du mécanisme de compression (les roulements, par exemple, nécessitent de l’huile pour fonctionner efficacement).
3. Stockage intégré
Après compression, certains compresseurs dirigent l'air comprimé directement dans un réservoir récepteur intégré (également appelé réservoir de stockage ou réservoir d'air).
Les types de compresseurs seront abordés en détail, ainsi que de nombreuses applications du stockage intégré. Cependant, deux explications s’imposent dans l’ensemble.
• Les compresseurs avec un cycle de service limité, par opposition à un cycle de service continu, incluent un stockage intégré pour garantir que l'air est toujours disponible, même pendant la maintenance.
• Pour avoir accès à l'air tout en fonctionnant à capacité réduite, les compresseurs modulants (compresseurs dotés de commandes permettant un fonctionnement à capacité réduite) intègrent du stockage.
Gardez à l’esprit que les compresseurs modulants ne sont pas les mêmes que ceux à cycle de service limité.
• Les compresseurs avec un cycle de service limité s'éteindront s'ils restent allumés trop longtemps. (Bien que ce ne soit pas ainsi que fonctionnent les compresseurs commerciaux et industriels à grande échelle, c'est typique des compresseurs plus petits utilisés dans les maisons et les ateliers.)
• Les compresseurs modulants peuvent fonctionner en continu, si nécessaire, mais peuvent également réduire leur puissance pour économiser de l'énergie pendant les périodes de faible demande.
4. Climatisation intégrale
Lorsque l’air est comprimé, il génère de la chaleur. Bien qu'il ne soit pas nécessaire de refroidir l'air avant qu'il ne soit évacué du compresseur, la plupart des compresseurs électriques triphasés et certains compresseurs diesel (de tout type) disposent de refroidisseurs intégrés à cet effet.
Des séparateurs d'eau sont installés dans les compresseurs équipés de refroidisseurs finaux pour collecter l'humidité qui se condense du flux d'air refroidi.
5. Décharge
Après avoir traversé une série de sécheurs et de filtres (par exemple, l'air instrument dans une usine de fabrication), l'air est libéré par la vanne de décharge et renvoyé sur son chemin.
Comprimer de l'air avec divers compresseurs
Tous les compresseurs d’air fonctionnent de la même manière, mais il existe des différences significatives dans les points les plus subtils. Jetons un coup d'œil rapide au fonctionnement de quatre méthodes de compression largement utilisées et à leur impact sur les tâches essentielles.
1. Compresseurs pour Scrolls
Les compresseurs volumétriques sans huile sont appelés compresseurs scroll.
Compression
Un compresseur à volutes comporte deux volutes entrelacées pour comprimer l’air. La conception peut nécessiter que les deux volutes tournent en tandem ou que l'une d'entre elles reste stationnaire. Aucune huile n’est nécessaire car les rouleaux sont toujours séparés.
Étant donné que les spirales se déplacent dans un mouvement continu et ininterrompu, les compresseurs à spirale fonctionnent silencieusement, avec un minimum de vibrations et sans produire d'impulsions dans le flux d'air.
Le plus grand débit d’air pouvant être géré par un compresseur scroll est un inconvénient majeur. Bien qu'un compresseur à spirales puisse théoriquement être dimensionné indéfiniment, sa limite pratique (au moins en termes de production efficace d'air) est déterminée par le diamètre des spirales requis. Leur débit maximum est le plus faible de tous les types de compresseurs évoqués ici.
Mémoire intégrée
Les compresseurs Scroll n'ont pas besoin de stockage intégré à moins qu'ils n'utilisent la modulation, car ils produisent de l'air sans impulsion et sans huile.
2. Compresseurs rotatifs à vortex
Les compresseurs alternatifs lubrifiés à l'huile ou sans huile (également appelés compresseurs à piston) sont des compresseurs volumétriques.
Compression
La chambre de compression d’un moteur automobile est une bonne analogie avec un compresseur alternatif. Pendant que le piston monte, un vide se forme, permettant à l’air de pénétrer dans la chambre de compression. L'air est comprimé et expulsé de la chambre lors de la course descendante. Certaines conceptions utilisent deux étapes de compression, dans lesquelles l'air broyé dans la première étape est davantage comprimé dans la deuxième étape, pour atteindre efficacement des pressions plus élevées et des volumes plus importants.
Les compresseurs à piston sont les types de compresseurs les plus bruyants discutés ici, semblables au bruit d'un moteur d'automobile.
Le mouvement fluide des pistons est essentiel pour leur efficacité continue. Ils doivent être lubrifiés, permettant à une trace d'huile d'être libérée dans l'air, ou recouverts d'un matériau minimisant la friction.
L'air qui quitte la chambre a une « impulsion » plutôt qu'un débit et une pression constants car la compression ne se produit que pendant la moitié du cycle de service.
Mémoire intégrée
Les compresseurs alternatifs ont toujours besoin d'un stockage intégré, même lorsqu'ils n'utilisent pas d'huile, car leur mécanisme de compression provoque une impulsion dans le flux d'air. En aspirant l'air du réservoir récepteur plutôt que de la chambre de compression, un débit et une pression constants peuvent être maintenus dans le flux d'air.
3. Compresseurs à vis qui tournent
Les compresseurs rotatifs à vis, lubrifiés à l'huile ou sans huile, sont des compresseurs volumétriques.
Compression
Les compresseurs utilisant des vis rotatives ont deux vis hélicoïdales (rotors) avec des lobes sur toute leur longueur. Comprimer l'air consiste à le forcer d'un volume plus grand à un volume plus petit à mesure qu'il se déplace le long des lobes du compresseur. Comme pour les compresseurs réciproques, certaines conceptions utilisent deux étages de compression pour atteindre efficacement des pressions plus élevées et des volumes plus importants.
Une petite quantité d'huile est introduite dans le flux d'air, bien que cela soit négligeable dans les compresseurs à vis lubrifiés à l'huile, car le fluide utilisé pour sceller les espaces entre les rotors permet également à un rotor d'entraîner l'autre.
Les compresseurs à vis sans huile éliminent le besoin de fluide en s'appuyant sur des timings avec des tolérances extrêmement étroites entre les lobes du rotor.
La rotation continue des rotors entraîne un flux d'air constant sans fluctuations notables. Les compresseurs de ce type sont plus silencieux que les compresseurs alternatifs, mais pas aussi silencieux que les compresseurs scroll.
Mémoire intégrée
Le fait qu’un compresseur rotatif à vis soit lubrifié à l’huile ou inondé d’huile détermine s’il nécessite ou non un stockage intégré.
• Pour recycler une partie de l'huile perdue lors du processus de compression, les compresseurs à vis à bain d'huile nécessitent un stockage intégré sous la forme d'un réservoir récepteur.
• Puisqu'il n'y a pas d'huile à récupérer, les compresseurs à vis sans huile ne nécessitent pas de stockage intégré à moins qu'ils n'utilisent la modulation.
4. Compresseurs rotatifs à vis
L'huile n'est pas nécessaire dans les compresseurs centrifuges en raison de leur conception à déplacement dynamique.
Compression
Pour l’augmentation initiale de la vitesse de l’air, les compresseurs centrifuges s’appuient sur une roue à rotation rapide. L'air est ensuite forcé à travers un diffuseur, où sa vitesse est réduite et sa pression augmente. Comme il n’est pas nécessaire de lubrifier le flux d’air, cela n’est pas effectué dans la chambre de compression. De l'air est constamment généré pendant que la turbine tourne, il n'y a donc aucune pulsation dans le flux d'air ou la pression.
Mémoire intégrée
À moins que la modulation ne soit utilisée, le stockage intégré n'est pas nécessaire pour les compresseurs centrifuges car ils produisent de l'air sans impulsions et sans huile.
Faites vos recherches avant de faire un achat
Bien que la connaissance du fonctionnement des compresseurs aide à affiner les modèles potentiels, il existe d'autres facteurs à prendre en compte, tels que l'efficacité énergétique, les coûts de maintenance, la durée de disponibilité prévue, etc. Choisissez le compresseur idéal pour vos besoins avec l'aide de l'expertise de votre distributeur local.
