L’air comprimé représente une importante source d’énergie en industrie. Il est d’ailleurs considéré comme le quatrième fluide le plus utilisé après l’électricité, le gaz naturel et l’eau. Connaître les fondements de l’air comprimé permet de maîtriser cette source d’énergie et d’en faire un usage sécuritaire, efficace et performant.
L’importance de l’air Comprimé (et la gestion des coûts)
L’utilisation de l’air comprimé offre plusieurs avantages : Outils 2 à 3 fois plus légers que leurs équivalents électriques, qui réduisent la fatigue et les blessures au travail, contribuant à la santé et sécurité; Fonctionnement fiable et aucun risque de choc électrique en milieu humide; Énergie propre, Flexibilité d’utilisation (pression ajustable); Aucun risque relatif aux incendies et explosions (pas d’étincelles).
L’air comprimé représente environ 10 % de la consommation de l’électricité en industrie. Une utilisation planifiée et optimale de l’air comprimé assurera son efficacité et limitera les coûts.
Répartition des coûts d’un système d’air comprimé sur 10 ans
| Catégorie | Pourcentage |
|---|---|
| Énergie | 80% |
| Investissement initial (pièces et équipements) | 10% |
| Entretien | 10% |
La consommation d'énergie constitue la majorité des coûts totaux sur une période de 10 ans.
Une conception orientée sur la performance (tuyauterie bien dimensionnée, filtres, tuyaux flexibles et raccords performants), Un entretien systématique (réparation des fuites d’air, diminution de la pression et remplacement des filtres colmatés) peut générer des économies de 10 à 20 % sur les coûts d’énergie. Des économies encore plus élevées sont possibles en améliorant la régulation des compresseurs et en augmentant la capacité des réservoirs.
Les 7 fondements essentiels de l’air comprimé
1. Qu’est-ce que l’air comprimé ? (La source)
L’air comprimé est de l’air atmosphérique comprimé à une pression supérieure à la pression atmosphérique au moyen d’un compresseur. Ce processus réduit le volume de l’air, entraînant une augmentation de la pression. La transformation consiste à convertir 7 volumes d’air ambiant en 1 volume d’air compressé à pression plus élevée non traité. L’air ambiant contient des polluants (poussière, virus, produits chimiques agricoles et industriels), c’est pourquoi il est important de le traiter avant de l’utiliser.
Composition de l'air ambiant
| Composant | Pourcentage |
|---|---|
| Azote | 78 % |
| Oxygène | 21 % |
| Autres gaz | 1 % |
2. Qu’est-ce que la pression ? (La force)
La pression mesure l’énergie potentielle emmagasinée dans le système. Elle indique l’énergie disponible pour le travail, comme la tension (voltage) en électricité. Elle est mesurée en livres par pouce carré (PSI ou PSIG).
- Pression statique : Existe lorsque le système est pressurisé et que l’air ne circule pas. La pression est uniforme dans tout le système.
- Pression dynamique : La pression qui reste au point d’utilisation pendant que l’air circule et que l'outil effectue un travail utile. Elle est toujours moindre que celle du compresseur, car une pression différentielle est requise pour la circulation de l’air.
Dans un système mal conçu, une pression statique beaucoup plus élevée que la pression dynamique peut endommager les outils dès le début de chaque utilisation.
3. Qu’est-ce que le débit ? (Le volume)
Le débit d’air est le volume d’air qui circule dans le système durant une période donnée. L’unité de mesure la plus courante est le pied cube standard par minute (SCFM).
La pression confère la force et la rapidité, tandis que le débit est la capacité du système à remplacer l’air consommé afin de maintenir une pression suffisante.
- Les outils rotatifs (meuleuses) fonctionnent de façon soutenue et nécessitent un grand débit d’air continu (SCFM).
- Les outils à percussion (cloueuses) requièrent peu de débit, car ils fonctionnent un coup à la fois (SCF/cycle).
4. Qu’est-ce que la surpression ? (Le fléau d'efficacité)
La surpression se produit lorsque la pression dans le système est plus élevée que les besoins des outils pneumatiques, soit généralement entre 30 et 90 PSI.
VRAI OU FAUX : Augmenter la pression améliore la performance des outils ? FAUX. Si un outil performe mal, c’est qu’il manque de débit (volume d'air). Une pression supérieure à 90 PSI réduit la durée de vie de l’outil, augmente les pertes d’air et peut surcharger le compresseur.
Une surpression excessive de 14,5 PSI dans le système augmente les coûts énergétiques de 7 % pour le même débit d’air consommé, mais elle augmente aussi le débit des fuites et l’usure du compresseur. Elle entraîne donc globalement une augmentation des coûts encore beaucoup plus grande.
5 et 6. Qu’est-ce qu’une perte de pression (et une perte excessive) ? (Les fuites d'air)
Une perte de pression est la différence entre la pression dans le réservoir et la pression aux différents points d’utilisation. Elle est causée par la restriction rencontrée par l’air dans les composantes du système (tuyauterie, filtres, raccords).
- Perte acceptable : Une perte de pression de 10 % ou moins entre le réservoir et l’entrée de l’outil est jugée acceptable dans un système performant.
Tenter d’augmenter la pression statique (au compresseur) pour compenser la perte est une erreur commune et coûteuse. Il en coûte généralement 1 % de plus en électricité pour chaque 2 PSI supplémentaires maintenus dans le système. Cette compensation endommage l’outillage, augmente l’usure du compresseur, et augmente le volume d'air s'échappant par les fuites.
7. Comment prévenir les pertes de pression ? (L’optimisation)
La planification du réseau et le choix des composantes sont essentiels pour éliminer les pertes de pression. Un réseau en boucle fermée est idéal pour limiter les pertes de pression, contrairement à un réseau linéaire.
Matériaux et diamètre des tubes
Il faut choisir des tubes en aluminium ou en nylon plutôt que l'acier traditionnel, car ils préviennent la corrosion et leur intérieur lisse permet à l’air de circuler librement sans friction. Le diamètre doit être calculé en fonction de la distance totale et du volume d’air requis.
Tuyaux flexibles et capacité de débit
Le diamètre intérieur (D.I.) des tuyaux flexibles influence considérablement le débit (SCFM).
| Taille du tuyau | Capacité de débit relative |
|---|---|
| 1/4 po D.I. | 1X |
| 3/8 po D.I. | 2.25X |
| 1/2 po D.I. | 4X |
Raccords rapides
Leur format et leur profil déterminent le débit d’air disponible à l’outil. Une ouverture restreinte entraîne une chute de pression (étranglement). Les raccords à débit élevé (SCFM) améliorent la performance.
| Diamètre du raccord | Plage de débit |
|---|---|
| 5.5 mm | 24–37 SCFM |
| 7 mm | 60–70 SCFM |
| 7.8 mm | 50–80 SCFM |
Réparation des fuites
Une usine perd en moyenne entre 20 et 50 % de l’air comprimé produit dans les fuites. La valeur maximale tolérable pour la part globale des fuites est de 10 %. Remplacer les raccords et embouts usés, les tuyaux percés et les composants défectueux est essentiel pour l'élimination directe des fuites.
Coût annuel estimé des fuites d’air (Basé sur 8760 heures à 90 PSIG)
| Diamètre de la fuite | Coût annuel |
|---|---|
| 1/64 po | 46 $ |
| 1/8 po | 2 970 $ |
| 1/2 po | 47 500 $ |
Équilibre des capacités
Le compresseur doit fournir un débit au moins égal à la demande moyenne du système. Un réservoir de capacité suffisante peut permettre de répondre aux pointes de demande temporaires (débit instantané). La capacité du réservoir permet aussi au compresseur de fonctionner en continu pour un certain temps après chaque démarrage, ce qui augmente son efficacité et réduit son usure.