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Choisir un compresseur d'air

cANTOINE CAPPELLE redaction@industrie-technologies.com

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Choisir un compresseur d'air

SYLVAIN BOLLE

© D.R.

80 TWh par an C'est la consommation électrique due à la production annuelle d'air comprimé parl'industrie dans l'Union européenne. Source : Ademe Omniprésent dans l'industrie, l'air comprimé est souvent mal exploité. Compresseurs surdimensionnés, fuites dans le réseau, mauvais usages... les possibilités d'optimisation sont nombreuses pour cette ressource dont l'utilisation implique une consommation électrique lourde, tout comme un coût de fonctionnement élevé. Fabricants et installateurs guident de plus en plus leurs clients vers les bonnes pratiques.

Une des principales énergies utilisées par l'industrie est l'air comprimé. D'après une étude européenne, menée, entre autres, par l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe), elle représente environ 10 % de la consommation électrique dans l'industrie. Tous les secteurs industriels l'utilisent : pour actionner des vannes, des vérins, pour peindre, emballer, et pour bien d'autres usages. En réponse à la diversité de ces besoins, les gammes de pressions et de puissances sont vastes. « La basse pression, de 7 à 10 bars, est utilisée pour la plupart des process. Mais il peut arriver qu'il faille de l'air compressé jusqu'à 20 bars, par exemple pour des machines anciennes », explique Pascal Dumay, gérant de la société Air Expert, qui conseille les entreprises pour leurs installations d'air comprimé.

Adapter la production d'air en temps réel

La puissance d'un compresseur dépend de la pression et du débit nécessaires : « La majorité des compresseurs industriels se situe entre 5,5 et 110 kW », reprend le professionnel. Il existe donc une grande variété de compresseurs, adaptés à la nature de l'utilisation, au débit et à la pression nécessaires. La technologie principalement utilisée dans l'industrie est le compresseur à vis lubrifiée. Il existe dans une gamme de puissance assez large pour couvrir la plupart des besoins. Mais d'autres options existent : comme les compresseurs à piston, à palettes, centrifuge ou à vis sans huile. La plupart des compresseurs vendus sont à débit constant, mais certains modèles ont un débit variable, destiné à adapter la production d'air comprimé aux fluctuations du besoin. « Cela est encore marginal, observe Pascal Dumay. Ils ne représentent que 20 à 25 % des ventes, alors que seuls dans 3 ou 4 % des cas les besoins varient peu ou pas. » Une autre façon de moduler le débit d'air comprimé est d'utiliser plusieurs compresseurs.

L'usine Hager d'Obernai (Bas-Rhin) a associé ces deux techniques en installant sept compresseurs, dont un à débit variable. « Nous en avions quatre auparavant. Lorsque nous avons refait notre centrale d'air comprimé en 2011, nous avons préféré en installer plus, mais de moindre puissance », explique Philippe Zill, technicien responsable des économies d'énergies aux services généraux. Tous ne fonctionnent pas en permanence : « Un système de supervision électronique enclenche les compresseurs pour ajuster la production en temps réel. » Autre avantage : la production étant répartie sur plusieurs machines, si l'une subit un problème technique, les autres assurent le relai et l'activité de l'usine n'en pâtit pas. Mais un compresseur ne suffit pas toujours à fournir de l'air exploitable. Dans certains secteurs industriels, comme la microélectronique, la pharmacie ou l'agroalimentaire, l'air doit être propre. Il existe des normes définissant le degré de qualité à atteindre. Or, en sortant d'un compresseur, l'air peut contenir des poussières, de l'eau et de l'huile. Il faut donc utiliser des filtres adaptés. Certains sont capables de retenir les poussières jusqu'au centième de micron. L'huile est traitée grâce à des réactions chimiques par des filtres catalytiques. Pour répondre à cette problématique, certains compresseurs à vis fonctionnent sans huile. Et pour ôter l'eau, l'air traverse un sécheur, dont il existe plusieurs types : frigorifique, à absorption, à adsorption, à membranes...

Quand toutes les machines ne fonctionnent pas avec la même pression d'air, il est possible d'installer des surpresseurs d'air. Ceux-ci évitent l'usage d'un compresseur dédié aux plus hautes pressions. Ils sont alimentés par une partie de l'air déjà comprimé, qu'ils compressent à nouveau. À l'inverse, il existe des détendeurs, pour réduire la pression de l'air avant son utilisation par une machine. Et lorsqu'un des éléments de l'installation ne joue plus assez bien son rôle, le débit, la pression ou la qualité de l'air comprimé en pâtissent. Ce qui peut engendrer une perte de qualité en production. C'est généralement la raison qui pousse les industriels à repenser leur installation. Certaines entreprises revoient alors leur système entièrement, mais le cas le plus courant est le remplacement unitaire d'un compresseur. Toutefois, les installateurs et certains fournisseurs en profitent pour proposer un diagnostic du réseau existant. Une étude souvent utile car « les clients connaissent mal leurs besoins », constate Pascal Dumay. Certaines centrales d'air comprimé anciennes ont vu leur capacité augmenter au fur et à mesure pour suivre la production, sans remise en question du besoin réel. Le matériel ayant été remplacé à l'identique. Résultat : « Les installations sont souvent surdimensionnées, parfois du simple au double », note Marie-Christine Dort, chargée de mission énergie à l'Ademe Lorraine.

Optimisation : il y a de la marge

Kaeser est l'un des fabricants de compresseurs à proposer une analyse des besoins réels. « Nous installons un boîtier chez le client pendant une semaine pour observer les variations de sa consommation, explique Pierre Berthail, responsable de l'administration des ventes pour l'industrie. Nous calculons ensuite les économies possibles. » Et une centrale optimisée implique des économies financières. « Le problème des économies d'énergie est pris en compte depuis plusieurs années, reprend l'industriel. D'une part à cause de l'augmentation du prix de l'électricité, mais aussi parce que les utilisateurs sont mieux informés. » Et les gains potentiels sont très sensibles. Selon le fabricant de compresseur Atlas Copco, 5 à 50 % de l'air comprimé produit est perdu à cause de fuites sur l'installation. À cela s'ajoutent les usages dits pauvres, pour lesquels l'air comprimé pourrait être remplacé par un outil plus simple, par exemple pour l'agitation d'un liquide. Le pilotage électronique de la production est également une source d'économies : les compresseurs cessent de fonctionner inutilement lorsque les besoins en air diminuent ponctuellement. Enfin, il est possible d'exploiter la chaleur générée par un compresseur. Le fabricant Ingersoll Rand estime que sur un compresseur à vis lubrifiée refroidi à l'air, 85 % du flux d'énergie peut être récupéré. En installant un système d'échangeur thermique, l'air et l'huile réchauffés pendant la compression peuvent servir à chauffer de l'eau, intervenir dans un process de l'usine, dans le réseau sanitaire ou tout simplement pour chauffer des locaux. Négligés par habitude, les réseaux d'air comprimé sont donc un gisement important d'économies d'énergie, que les professionnels du secteur font valoir auprès de leurs clients de plus en plus fréquemment. De plus, en allégeant les factures d'électricité, la modernisation d'une installation peut être rentabilisée en quelques années.

LES CINQ FAMILLES

1. À VIS LUBRIFIÉE ATLAS COPCO GA 30 VSD Technologie la plus répandue dans l'industrie, elle existe dans une large gamme de puissance. 2. À PALETTES HYDROVANE HV07 Moins répandus que les compresseurs à vis, ils ont un rendement légèrement supérieur. 3. À VIS SANS HUILE COMPAIR D110H SR Cette famille de compresseurs d'air est utilisée dans les applications où l'air doit être exempt d'impuretés. 4. À PISTON KAESER Eurocomp De faible puissance, ces compresseurs sont indiqués pour des usages ponctuels. 5. CENTRIFUGE INGERSOLL RAND C750 series De très grande puissance, ils concernent les industries, comme celle du verre, qui nécessitent de gros débits d'air, ou de fortes pressions.

QUALITÉ DE L'AIR

Certains secteurs industriels, comme l'agroalimentaire ou la pharmacie, ont besoin d'un air comprimé propre, sans poussière ni huile. Pour l'obtenir, il existe des filtres adaptés à la qualité d'air requise.

DÉBIT

Le débit d'un compresseur est le volume d'air qu'il comprime par unité de temps. Il s'exprime généralement en mètres cubes par minute ou par heure. Le débit nécessaire augmente avec la quantité de machines utilisant de l'air comprimé.

VARIABILITÉ

Les besoins en air comprimé sont rarement constants. La production peut s'adapter à la demande grâce à des compresseurs à débit variable, ou par l'utilisation de plusieurs compresseurs activés en fonction des besoins.

PRESSION

Toutes les machines utilisant de l'air comprimé n'ont pas besoin de la même pression. La plupart fonctionnent à basse pression, entre 7 et 10 bars. Pour obtenir une pression supérieure sans y dédier un compresseur, il existe des surpresseurs.

DES CONSTRUCTEURS POLYVALENTS

La plupart des fabricants ont, dans leur catalogue, des compresseurs à vis lubrifiée, la technologie la plus présente. Parmi ceux-ci, tous fabriquent d'autres modèles, comme des compresseurs à piston, et d'autres solutions moins répandues. De plus, certains proposent un service de diagnostic des installations de leurs clients, en vue de suggérer de l'améliorer.

SYLVAIN BOLLE RESPONSABLE DES SERVICES GÉNÉRAUX DU SITE HAGER GROUP À OBERNAI (ALSACE)

Nous avions des soucis de qualité de l'air et de débit avec notre installation d'air comprimé. Nous avons profité de son renouvellement en 2011 pour investir dans un échangeur de chaleur, installé sur le circuit d'huile de nos compresseurs. L'huile transmet ainsi des calories à notre eau de chauffage, qui gagne 4 à 5 °C. Les calories sont également utilisées pour l'un des process de notre usine, grâce à quoi nous avons pu arrêter une chaudière de 60 kW. De plus, les compresseurs nécessitent désormais moins de ventilation, ce qui implique une réduction de consommation d'énergie. Ce système devrait ainsi être rentabilisé en un an et demi. Par ailleurs, nous avons optimisé toute la production d'air comprimé, notamment en réduisant la pression. Nous prévoyons un retour sur investissement en cinq ans pour notre nouvelle installation, grâce à l'électricité économisée.

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