Qu'est-ce que l'air comprimé ?

L'air comprimé est une forme d'énergie emmagasinée qui sert à faire fonctionner des machines, des équipements ou des procédés industriels. L'air comprimé est utilisé dans la plupart des industries de fabrication et dans certaines industries de services, notamment dans les cas où l'utilisation directe de l'électricité pour alimenter des outils ou des appareils se révèle peu pratique, voire dangereuse.

Figure 1 - Conversion de l'air atmosphérique en air comprimé

Figure 1 - Conversion de l'air atmosphérique en air comprimé

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Figure 1 - Conversion de l'air atmosphérique en air comprimé
Diagramme montrant sept unités cubes d'air étant comprimé par un compresseur d'air, ce qui nécessite de l'énergie, et pour produire une unité cube d'air comprimé à aproximately 7 fois la pression atmosphérique, en plus de la chaleur de la compression et de l'humidité.

Un compresseur d'air type entraîné par l'électricité comprime environ 7 volumes d'air à la pression atmosphérique en 1 volume d'air à pression plus élevée (environ 100 psig, ou 7 bars). L'air à haute pression ainsi obtenu est distribué aux appareils ou aux outils dans lesquels il se détend à la pression atmosphérique, libérant ainsi l'énergie nécessaire à leur fonctionnement.

Lors du processus de la compression, et du refroidissement ultérieur de l'air aux températures ambiantes, de la chaleur et de l'humidité se dégagent, comme l'illustre la Figure 1.

On peut utiliser la chaleur récupérée du compresseur d'air comme mesure d'efficacité énergétique se combinant à d'autres procédés : par exemple, le chauffage des locaux et le chauffage de l'eau.

Selon le type d'application, il peut s'avérer nécessaire de contrôler l'humidité en excès dans l'air comprimé à cause des éventuels problèmes éprouvés par les tuyauteries (corrosion) et les équipements utilisés.

a. Coûts de l'air comprimé

Cette section vous aidera à mieux comprendre ce qu'il en coûte pour la production et l'utilisation de l'air comprimé.

Pendant les dix premières années de vie d'un compresseur classique à refroidissement par air (voir la Figure 2), en marche durant deux quarts de travail, le coût d'exploitation (électricité et entretien) va représenter environ 88 % du coût total de la durée de vie. Le coût initial de l'équipement et de l'installation représentera les autres 12 %.

Du fait que l'énergie représente environ 76 % du coût de fonctionnement global pendant la durée de vie, il est capital de concevoir et d'acheter les composantes les plus efficaces pour votre système d'air comprimé. Il est recommandé de prendre les décisions d'achat en tenant compte des coûts de fonctionnement pour la durée de vie globale prévue et NON pas seulement en fonction du coût initial du matériel.

Figure 2 - Coûts de propriété types du cycle de vie des systèmes d'air comprimé
(source : ministère américain de l'énergie)

Figure 2 - Coûts de propriété types du cycle de vie des systèmes d'air comprimé (source : ministère américain de l'énergie)

Figure 2 - Coûts de propriété types du cycle de vie des systèmes d'air comprimé

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Figure 2 - Coûts de propriété types du cycle de vie des systèmes d'air comprimé
Diagramme circulaire montrant 76 pour cent du coût de la propriété est de l'électricité, 12 pour cent est pour l'entretien, et 12 pour cent est pour l'équipement et l'installation.

La Figure 3 montre les pertes types liées à la production et à la distribution de l'air comprimé. Par exemple, pour une puissance consommée de 100 HP, environ 91 HP sont perdus alors que seuls 9 HP représentent un travail utile. En d'autres termes, 90 % environ de l'énergie utilisée pour la production et la distribution de l'air comprimé sont habituellement perdues.

Figure 3 - Énergie consommée pour la production d'air comprimé et énergie utile produite (avec la permission de Northwest Energy Alliance)

Figure 3 - Énergie consommée pour la production d'air comprimé et énergie utile produite
(avec la permission de Northwest Energy Alliance)

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Figure 3 - Énergie consommée pour la production d'air comprimé et énergie utile produite
Diagramme à barres montrant les pertes typiques associés à la production et la distribution de l'air comprimé départ avec 100 HP apport d'énergie. La première barre montre que Situé à environ 80 HP est perdue sous forme de chaleur de compression et de compression des pertes; la deuxième barre montre que Situé à environ 3 HP sont perdus à la sèche desséchant; la troisième barre montre que Situé à environ 6 HP sont perdus pour les filtres et les fuites, la quatrième bar montre que Situé à environ 2 HP sont perdus à pneumatique à la conversion mécanique; la cinquième barre indique que la production d'énergie utile est de 9 HP.

Demandez-vous toujours si l'air comprimé est bien la source la mieux appropriée pour une application donnée. Dans nombre de cas, il pourrait être préférable d'utiliser un outil entraîné directement par l'électricité plutôt qu'un outil entraîné par l'air comprimé.

Certains compresseurs industriels sont à refroidissement par eau. Dans ces cas, il convient d'évaluer les frais additionnels liés à l'eau et à son évacuation, les coûts de fonctionnement du système de refroidissement de l'eau, et les coûts de pompage et de traitement chimique. La Figure 4 est un tableau simplifié qui donne des indications sur les coûts d'électricité liés à des fonctionnements sur un, deux ou trois quarts de travail dans une installation industrielle classique. Le tableau montre ces coûts pour des compresseurs d'air d'une puissance de 10, 15, 25, 50 et 100 HP. On suppose que la charge moyenne des compresseurs correspond à 65 % de la charge nominale.

À noter que ce tableau emploie un tarif d'électricité mixte (énergie et puissance appelée) de 0,10 $ le kWh. Selon vos tarifs locaux, vous devrez multiplier les chiffres de la Figure 4 par votre tarif d'électricité local (dollars par kWh) et multiplier ensuite le résultat par 10 pour en déduire vos frais annuels d'électricité. En communiquant avec votre entreprise d'électricité locale ou votre fournisseur de services d'air comprimé, ils vous aideront à déterminer votre propre tarif mixte d'électricité.

Figure 4 - Coût annuel approximatif de l'électricité pour produire de l'air comprimé
  1 quart
(2 250 h)
2 quarts
(4 250 h)
3 quarts
(8 400 h)
10 HP 1 720 $ 3 250 $ 6 430 $
15 HP 2 580 $ 4 880 $ 9 640 $
25 HP 4 300 $ 8 130 $ 16 060 $
50 HP 8 600 $ 17 260 $ 32 130 $
100 HP 17 120 $ 32 330 $ 63 900 $

Afin de tenir compte des coûts d'entretien et du coût en capital pour la durée de vie (prix d'achat) du système d'air comprimé, ajoutez environ 25 % au coût annuel de l'électricité pour la production de l'air comprimé. Par exemple, un compresseur de 50 HP fonctionnant sur un quart va coûter environ 8 600 $ en électricité seule, plus environ 2 150 $ pour frais d'entretien et coût en capital, soit en tout 10 750 $ annuellement.

Dans la plupart des installations, on peut aisément économiser de 10 à 20 % des coûts d'énergie de production d'air comprimé grâce à un entretien systématique axé sur la réparation des fuites d'air, la diminution de la pression de l'air et le remplacement des filtres colmatés. Des économies plus élevées sont possibles en employant une meilleure régulation des compresseurs, en augmentant la capacité des réservoirs d'air comprimé et en améliorant les sécheurs et filtres d'air.

À partir des informations fournies dans la Figure 4, quelles sont les possibilités de réaliser des économies d'argent et d'énergie dans votre installation ?

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