Exemples de cas "avant et après"

Voici quelques exemples réels de décisions intelligentes visant une meilleure efficacité énergétique de systèmes d'air comprimé. Les exemples comprennent :

• Une réduction spectaculaire de la consommation d'air de purge du matériau déshydratant d'un sécheur à régénération
• L'utilisation d'un compresseur de très petite puissance pour alimenter en air des instruments pendant les fins de semaine
• Les spécifications d'une régulation tout ou rien pour un compresseur rotatif à vis.

"Avant" correspond à l'équipement déjà en place, à la méthode d'exploitation courante ou à la décision d'achat normale.

"Après" correspond à l'équipement à haut rendement énergétique choisi, à la méthode d'exploitation privilégiée ou la décision d'achat recommandée.

a. Cas 1 : installation d'un régulateur de purge, réparation des fuites et baisse de la pression

Une moyenne entreprise de fabrication de meubles possède deux compresseurs à vis de 100 HP exploités en mode de modulation et alimentant un sécheur d'air de 1 000 pcm fonctionnant sans régulation du débit. Le système fonctionne 6 000 heures par an et il est complètement arrêté les fins de semaine. Des problèmes de pression étant survenus à un point d'utilisation finale, il a fallu augmenter la pression de refoulement du compresseur. Le personnel de l'usine a tenté d'arrêter l'un des compresseurs pour économiser de l'énergie; mais cela a provoqué une baisse de pression au moment des débits de pointe dans l'usine pendant le quart de travail de jour, c'est-à-dire au moment où la production est à son maximum. Un audit des installations a été effectué et les données suivantes ont été recueillies :

Avant

• Production totale d'air comprimé : 450 pcm
• Consommation totale d'énergie des compresseurs : 880 000 kWh
• Puissance spécifique du système : 32,9 kW/100 pcm
• Coût total de l'électricité au prix de 10 cents/kWh : 88 000 $
• Purge du sécheur d'air : 150 pcm
• Fuites : 100 pcm
• Purgeurs : 5 pcm
• Pression de refoulement moyenne des compresseurs : 120 psi
• Pression différentielle dans le sécheur et le filtre : 10 psi
• Pression différentielle dans les tuyauteries desservant les points d'utilisation : 20 psi.
• Pression nécessaire au point d'utilisation : 80 psi

Après

Le rapport d'audit a formulé les recommandations suivantes qui ont été mises en œuvre par le client :

• Réduction des fuites : jusqu'à 50 pcm
• Réduction des purges : 5 pcm
• Réduction de la pression de l'usine de 15 psi pour une réduction de débit de 10 % : 25 pcm
• Installation d'un régulateur de purge sur le sécheur entraînant une réduction des purges de : 117 pcm
• Réduction totale du débit : 197 pcm
• La charge moyenne finale des compresseurs a été ainsi ramenée à 253 pcm
• Un des compresseurs peut maintenant être arrêté et le compresseur d'appoint va consommer 76 kW × 6000 h = 456 000 kWh ce qui représente une économie de 48 %
• Économies avec le mode actuel de régulation par modulation des compresseurs : 42 400 $ annuellement.

Autres mesures recommandées :

• Réduire de 13 psi la pression différentielle dans les tuyauteries desservant les points d'utilisation
• Réduire de 7 psi la pression différentielle dans le sécheur et le filtre
• Réduire de 20 psi de la pression de refoulement du compresseur
• Installer un compresseur à vitesse variable (VSD). Puissance moyenne de ce compresseur à 253 pcm à 100 psi : 50 kW.

Ces mesures ont procuré les économies suivantes :

• Nouvelle consommation en électricité du système : 300 000 kWh
• Nouvelle consommation spécifique du système : 19,8 kW/100 pcm
• Nouveau coût en électricité du système : 30 000 $ par an
• Économies : 66 %

Économies supplémentaires envisageables :

• Récupération de chaleur
• Remplacement du sécheur par un modèle à réfrigération
• Diminution des points d'utilisation finale.

b. Cas 2 : emploi d'un compresseur de puissance plus faible en dehors des heures de travail

Dans l'exemple qui précède, la compagnie avait installé un système sec de protection contre l'incendie qui consommait 5 pcm d'air comprimé en permanence, y compris pendant les fins de semaine où n'intervenait aucune production. Cette demande d'air entraînait le fonctionnement d'un compresseur de 100 HP régulé par modulation pendant 2 760 heures de plus chaque année.

Charge de l'usine pendant la fin de semaine :

• Purge du sécheur : 150 pcm
• Fuites : 100 pcm
• Purgeurs : 5 pcm
• Système de protection incendie : 5 pcm

Avant

• Puissance du compresseur de 100 HP régulé en modulation à 260 pcm = 76 kW
• Énergie totale consommée annuellement 76 kW× 2 760 h = 209 760 kWh
• Coût d'exploitation = 20 976 $ par an (à 0,10 $ le kWh)

Après

• Utilisation d'un petit compresseur à piston de 5 HP (4,25 kW) d'un débit de 15 pcm pour le seul système de protection incendie (isolé par un clapet de non-retour).

Consommation en fonctionnement :

• " Charge de 5 pcm /capacité de 15 pcm × 4,25 kW = 1,42 kW × 2 760 h = 3 910 kWh
• Coût annuel = 391 $
• Économies annuelles = 20 585 $ (98 %).

c. Cas 3: régulation tout ou rien comparée à régulation en charge/à vide

Un petit concessionnaire automobile envisage de moderniser son système d'air comprimé. Le système actuel est constitué d'un compresseur à piston de 15 HP d'une capacité de 50 pcm à 175 psi. Lorsqu'il fonctionne, l'appareil absorbe 13 kW en moyenne et il est installé sur un réservoir de 80 gallons.

Les données de charge moyenne de l'installation ont été enregistrées et l'on a déterminé que le débit moyen était de 10 pcm avec un débit de pointe de 50 pcm. L'air produit par le compresseur traverse deux filtres montés en série (un filtre à particules et un filtre à coalescence) puis est séché dans un sécheur de 75 pcm à détente directe avec robinet de dérivation des gaz chauds consommant 0,88 kW. La chute de pression dans le sécheur d'air est égale à 4 psi alors que la pression différentielle des filtres atteint en tout 4 psi. Le sécheur est équipé d'un purgeur programmé qui consomme en moyenne 2 pcm. Le système fonctionne à une pression moyenne de 145 psi pendant 3 745 heures par an. Le tarif d'électricité mixte est de 10 cents le kWh.

Le concessionnaire envisage d'acheter un compresseur à vis de 15 HP pour remplacer son compresseur à piston en mauvais état. Le vendeur de compresseurs signale qu'un nouveau compresseur à vis offre un meilleur rendement vu qu'il est capable de produire 58 pcm à 150 psi à 13,5 kW. Selon la planification, il est prévu d'installer le nouveau compresseur sur le même réservoir de 80 gallons, d'utiliser les mêmes filtres et le même sécheur, et de fonctionner à une pression moyenne de 145 psi.

• Consommation du compresseur déjà existant = 13 kW × 10 pcm/50 pcm de capacité × 3 745 h = 9 737 kWh par an x 0,10 $ le kWh = 974 $ par an
• Consommation du sécheur = 0,88 kW × 3 745 h = 3 296 kWh = 330 $ par an (Note : il est très courant de voir ces sécheurs laissés en marche en permanence, soit 8 760 heures par an).
• Coût annuel total du système = 1 304 $.

Le nouveau compresseur à vis va fonctionner en mode en charge/à vide avec une capacité de stockage de 1,37 gallons US par pcm et une plage de pression de 10 psi. À cause de la chute de pression dans les filtres et dans le sécheur, le compresseur va fonctionner par cycles trop courts et rester en fonctionnement pendant toutes les heures d'exploitation. En se basant sur la courbe de rendement en charge/à vide (voir la Figure 7 à la page 3), on peut constater que le compresseur va consommer en moyenne 60 % de sa puissance nominale.

Système à régulation en charge/à vide proposé avec sécheur classique

• Consommation du compresseur proposé = 13,5 kW × 0,6 × 3 745 h= 30 335 kWh par an = 3 034 $ par an.
• Consommation du sécheur = 0,88 kW × 3 745 h = 3 296 kWh x 0,10 $ le kWh = 330 $ par an
• Coût annuel total du système = 3 364 $.

Il en coûte environ 2,5 fois plus cher pour faire fonctionner le nouveau compresseur à vis.

Variante de système à haut rendement - fonctionnement en mode tout ou rien et application de mesures d'amélioration

Mesures supplémentaires devant être mises en place :

• Pression différentielle réduite à 0,5 psi dans des filtres surdimensionnés et à 3 psi dans un nouveau sécheur à fonctionnement cyclique d'une puissance de 0,51 kW.
• Pression moyenne de refoulement du compresseur réduite à 115 psi. Le compresseur choisi s'arrête immédiatement si le nombre de démarrages du moteur est inférieur à 6 par heure.
• Pertes de purge ramenée à zéro par l'emploi de purgeurs à dépression.
  • Ajout d'un réservoir de stockage afin de réduire le nombre de démarrages du moteur à moins de 6 par heure, quel que soit le débit.
  • Ajout d'un robinet de régulation pour ramener la pression dans l'atelier à une valeur constante de 100 psi.

Les mesures d'efficacité énergétique permettent de diminuer le débit moyen d'air et la puissance moyenne :

• 2 pcm de réduction pour les purgeurs
• 2 pcm dus à la réduction de la pression
• Consommation en énergie du compresseur réduite de 15 % en raison de la réduction de pression de 30 psi.
• La consommation en énergie du sécheur est désormais proportionnelle au débit.
• Consommation en énergie du compresseur proposé (refoulement à une pression plus faible) = 11,5 kW × 6 pcm/58 pcm de capacité × 3 745 h = 4 455 kWh par an x 0,10 $ le kWh = 446 $ par an.
• Consommation du sécheur = 0,5 kW× 6 pcm/80 pcm de capacité × 3 745 h = 140 kWh x 0,10 $ le kWh = 14 $ par an.
• Coût annuel total du système = 460 $.
• La consommation du système éconergétique correspond à environ 35 % de celle du système d'origine, et à 14 % de celle du système avec régulation en charge/à vide.

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