Guide de la Production d'Air Comprimé et de l'Hydraulique

Production d'air comprimé

Production d'air comprimé : Un compresseur est un appareil capable de comprimer l'air de l'atmosphère jusqu'à ce qu'il atteigne la pression nécessaire pour l'installation. Le volume est obtenu en réduisant ou en augmentant l'énergie potentielle de l'air. Les compresseurs sont caractérisés par la pression et le débit d'air qu'ils sont en mesure de fournir, malgré les fluctuations de pression ou de débit.

Les types de compresseurs et flux

On distingue les compresseurs sans fluide à marche ou à impulsions intermittentes et les compresseurs à flux continu. Deux types de flux sont générés :

• Flux pulsé : Il est généré par un piston alternatif (plongeur de remplacement). L'augmentation de la pression de l'air se fait en diminuant le volume de la chambre. Ces compresseurs permettent d'obtenir de très hautes pressions et des débits raisonnables, ce qui les rend très utilisés, bien qu'ils soient très bruyants.
• Fonctionnement : Le piston descend et les gaz entrent (Point Mort Bas). Le cylindre se remplit d'air à pression atmosphérique. La soupape d'admission se ferme. Le piston remonte en comprimant l'air (Point Mort Haut). La vanne de sortie s'ouvre et expulse l'air.

Compresseurs à double étage et à membrane

Compresseurs à double étage : Les compresseurs à piston sont équipés de deux pistons. L'air comprimé sortant du premier piston est inséré dans le second, qui le comprime davantage. Entre les deux cylindres se trouve un échangeur de chaleur qui abaisse la température de l'air. Ce type de compresseur atteint des pressions bien plus élevées que les modèles à étage unique.

Compresseurs à membrane : Le fond des compresseurs à pistons est baigné dans l'huile. Cela peut entraîner l'entraînement de petites particules d'huile vers le cylindre, se mélangeant à l'air comprimé. Pour obtenir un air très propre, on utilise une membrane (généralement en caoutchouc) pour éviter que l'air n'entre en contact avec le piston et ses lubrifiants.

Compresseurs rotatifs et centrifuges

Compresseur multicellulaire ou à palettes

Il s'agit d'un compresseur à piston rotatif produisant un flux continu. Il se compose d'un rotor muni de fentes pour les palettes. Ces palettes restent en contact avec le corps du compresseur. Le rotor tourne de manière excentrée. L'augmentation de la pression est obtenue en réduisant le volume des cellules entre les palettes.

Compresseur à deux cellules (à vis hélicoïdale)

Aussi appelé compresseur à vis, il possède deux arbres qui s'engrènent au moyen de vis et tournent simultanément en sens opposé. L'air se déplace entre les essieux, piégé dans les cavités des vis, générant un flux continu.

Compresseur Roots et compresseurs dynamiques

• Compresseur Roots : Similaire au précédent, il possède deux arbres (un conducteur et un mené). Les axes sont longitudinaux et augmentent la pression en diminuant le volume pour produire un débit continu.
• Compresseur radial : Composé d'un arbre et de pales tournant à haute vitesse. L'air est absorbé puis projeté par force centrifuge. Il offre un débit très important mais des pressions relativement faibles.
• Compression axiale : Fonctionne comme un ventilateur traditionnel. Grâce à la vitesse et à la forme des pales, la vitesse de sortie d'air augmente, générant des volumes importants à de faibles pressions.

Accumulateurs et traitement de l'air

Accumulateurs (Piles) : Ce sont des réservoirs installés à la sortie du compresseur pour le stockage de l'air comprimé. Ils permettent au compresseur de cesser de fonctionner par intermittence. Ils stabilisent le flux, dissipent la chaleur et précipitent l'eau. Ils sont équipés de :

• Une soupape de surpression.
• Un manomètre et un thermomètre.
• Des vannes de fermeture.
• Une porte ou "bouche d'homme" pour le nettoyage.
• Un purgeur (Trap) : manuel ou automatique, placé en bas du réservoir pour évacuer l'eau condensée et les impuretés.

Séchage, filtrage et lubrification

L'eau étant indésirable, elle doit être éliminée. Il existe trois procédures de séchage :

1. Séchage par adsorption : Processus physique utilisant un dépôt de produit séchant (comme une éponge) qui absorbe la vapeur d'eau.
2. Séchage par absorption : Procédure chimique où l'air passe par un agent qui réagit avec la condensation. L'agent est consommé et les cartouches doivent être changées.
3. Séchage par refroidissement : Refroidit l'air en dessous du point de rosée pour liquéfier la vapeur d'eau.

Filtres : Installés avant l'utilisation, ils se composent d'un verre transparent et d'une cartouche en bronze fritté pour piéger les impuretés.

Lubrification de l'air : Pour prolonger la vie des composants, un brouillard d'huile de faible viscosité est ajouté via un lubrificateur utilisant l'effet Venturi (aspiration par rétrécissement du conduit).

Unité de maintenance et pressions

L'unité de maintenance conditionne l'air avant son introduction dans la machine. Elle comprend : 1. Filtre à air, 2. Réducteur de pression, 3. Manomètre, 4. Lubrificateur. On distingue la pression de réseau (toujours supérieure) et la pression de travail (nécessaire à chaque point de l'installation).

Les vérins pneumatiques

• Vérins à simple effet : Effectuent un travail dans un seul sens. Le retour se fait par un ressort. Leur course est généralement limitée à 80 mm.
• Vérin à double effet : Ne possède pas de ressort. Il dispose de deux entrées d'air. Les deux courses sont des courses de travail.
• Vérin à amortissement : Similaire au double effet, mais évite les chocs en fin de course grâce à un coussin d'air réglable.
• Cylindres tandem : Deux vérins à double effet fixés mécaniquement l'un après l'autre pour doubler la force générée.
• Vérins à tige double : Maintiennent la même vitesse dans les deux directions car les deux chambres ont des dimensions égales.
• Vérins multipositions : Deux vérins montés de façon rigide permettant d'obtenir jusqu'à quatre positions différentes.

Dynamique des fluides et énergie hydraulique

Types de débit : On distingue l'écoulement laminaire (couches ordonnées) et l'écoulement turbulent (tourbillons). Le passage de l'un à l'autre dépend du nombre de Reynolds : inférieur à 2000 pour un flux laminaire, supérieur à 2000 pour un flux turbulent.

Énergie hydraulique : Résultat de quatre énergies : potentielle, de pression (énergies statiques), cinétique et thermique (énergies dynamiques).

Fluides hydrauliques : La viscosité est la résistance au glissement des molécules. Une viscosité trop forte augmente la friction ; trop faible, elle augmente les fuites internes.

Composants de puissance hydraulique

Stockage : Le réservoir stocke et conditionne le fluide (dissipation de chaleur, séparation de l'air). Facteurs clés :

• Cloison de séparation (aspiration/retour).
• Emplacement (au-dessus de la pompe).
• Taille (double ou triple de la capacité du débit de la pompe).
• Forme (haut et étroit, niveau d'huile au-dessus de l'aspiration).

Pompes : Élément crucial fournissant le fluide. Elles possèdent une entrée basse pression, une sortie haute pression et des chambres de pompage pour transporter le fluide.