L'humidité : l'ennemi juré des installations à air comprimé
La surveillance du point de rosée permet d'éviter les arrêts de production et le rejet de produits
Les utilisateurs d'air comprimé partent souvent du principe que l'air qui circule dans le réseau de tuyauterie est propre et sec. Or, c'est rarement le cas et, outre les particules de poussière et de saleté, l'humidité constitue la menace la plus sous-estimée. Cela vaut non seulement pour le bon fonctionnement et la durée de vie de l'installation d'air comprimé elle-même, mais aussi pour les processus et les composants actionnés par l'air comprimé. Un contrôle adéquat et une surveillance précise de la teneur en humidité à l'aide de capteurs de point de rosée sont donc plus importants qu'on ne le pense généralement !
L'humidité peut se condenser dans les systèmes d'air comprimé et provoquer de la rouille et des piqûres sur les tuyaux et les composants. Elle peut également chasser le lubrifiant, ce qui entraîne une usure accélérée des outils et endommage les vannes et les vérins. L'air humide constitue également un terrain propice à la prolifération des bactéries, ce qui, en particulier dans les industries alimentaire et pharmaceutique, peut entraîner le rejet de produits et des temps d'arrêt de production coûteux. Il est donc étonnant que de nombreuses entreprises se limitent à mesurer uniquement des grandeurs de base telles que la pression, le débit et la puissance (absorbée). Car ce sont précisément les mesures du point de rosée qui peuvent prévenir de nombreux problèmes et coûts (inutiles).
VPVision traite toutes les données relatives au débit, à la pression, au point de rosée, à la température et à la consommation d'énergie, ce qui permet de surveiller et d'analyser en continu le fonctionnement des systèmes d'air comprimé.
Teneur en humidité et point de rosée
Le point de rosée s'exprime en degrés Fahrenheit et correspond à la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air (comprimé) ou dans un gaz. Nous parlons spécifiquement de « point de rosée sous pression » pour l'air comprimé, car la température du point de rosée est mesurée à une pression généralement 6 à 8 fois supérieure à la pression atmosphérique. Ceci est important, car la modification de la pression d'un gaz entraîne également une modification de la température du point de rosée. Plus la pression est faible, plus le point de rosée est bas. Par exemple, si de l'air atmosphérique présentant une humidité relative de 30 à 50 % est comprimé à une pression de 100 psig, cet air devient saturé à 100 %.
La température actuelle de l'air comprimé (qui est supérieure à la température ambiante) correspond au point de rosée sous pression réel. Dès que la température baisse, l'humidité contenue dans l'air comprimé se condense, ce qui entraîne l'entrée de plusieurs litres d'eau par semaine dans le système.
Causes des problèmes d'humidité
Les problèmes d'humidité peuvent avoir diverses causes. Un cas fréquent est le débordement des séparateurs d'eau ou des séparateurs combinés huile/eau situés en aval du compresseur, dû à des problèmes mécaniques tels qu'un flotteur bloqué. Si ce problème passe inaperçu, l'eau s'écoule sans entrave dans le réseau d'air comprimé et peut s'accumuler dans un réservoir tampon. Investir dans un purgeur à flotteur, un purgeur à minuterie ou un système électronique de purge des condensats n'est donc pas un luxe superflu. L'encrassement des éléments de refroidissement des post-refroidisseurs et des refroidisseurs d'huile, mais aussi la méconnaissance du fonctionnement des sécheurs frigorifiques en fonction de la température ambiante sont d'autres causes de problèmes d'humidité. Par exemple, si un sécheur frigorifique situé en aval du réservoir tampon (humide) refroidit l'air jusqu'à un point de rosée sous pression de (en réalité) 10 °C et qu'en hiver et lors des soirées fraîches, la température ambiante du réseau de tuyauterie chute à 4 °C, ce phénomène est souvent ignoré. Or, cette baisse de température de 10 degrés à elle seule génère environ 1,45 gallon d'eau de condensation dans le réseau de tuyauterie au cours d'une semaine de travail de 40 heures, et même 6 gallons en cas de production 24 heures sur 24, 7 jours sur 7 ! Grâce à la mesure du point de rosée en aval du refroidisseur, ce phénomène peut être détecté très rapidement, et des mesures peuvent être prises à temps. Ainsi, lors du choix d'un sécheur et du point de rosée sous pression à atteindre, il faut tenir compte de la température ambiante moyenne en plus des exigences que le processus impose à l'air comprimé !
Installation de capteurs de point de rosée
Les capteurs à miroir, à oxyde métallique capacitif et à polymère sont les trois instruments les plus connus pour mesurer le point de rosée. Les capteurs capacitifs à polymère sont toutefois les mieux protégés contre la poussière et la saleté, insensibles à la condensation, offrent une bonne stabilité à long terme et présentent un rapport qualité-prix intéressant. Avec ces capteurs, une variation de la capacité est convertie en température du point de rosée, affichée en degrés Celsius ou Fahrenheit. Les capteurs de point de rosée VP, en particulier, sont dotés d'un système de chauffage interne unique qui leur permet de se rétablir très rapidement après une exposition à une forte humidité. Cela peut facilement se produire, par exemple, si les sécheurs, les séparateurs d'eau et/ou les drains ne fonctionnent pas correctement.
La grande question est bien sûr de savoir combien de capteurs de point de rosée il faut installer dans un système d'air comprimé et où les placer pour obtenir des mesures fiables. La solution la plus simple (pour commencer) consiste à installer un capteur de point de rosée juste après le sécheur et avant le réservoir de séchage. De cette manière, le bon fonctionnement du sécheur est contrôlé. Il est également possible de placer le capteur après le réservoir de séchage, mais il faut alors tenir compte d’un retard dans le signal de mesure. S’il y a deux sécheurs ou plus en parallèle, il est recommandé d’installer un capteur de point de rosée après chaque sécheur. En effet, si un seul capteur est utilisé sur la conduite centrale menant au réservoir tampon, il ne sera pas possible de déterminer immédiatement quel sécheur est à l'origine d'un problème en cas de mesure anormale. Il est également judicieux d'installer un capteur de point de rosée supplémentaire sur la conduite d'alimentation des processus critiques. Si un problème survient au niveau du point de rosée, des mesures peuvent être prises à temps et des temps d'arrêt de production coûteux peuvent être évités.
La puissance des mesures combinées
Pour déterminer rapidement et de manière ciblée les causes d'un point de rosée anormal, il est nécessaire d'effectuer des mesures supplémentaires. En installant un capteur VPFlowScope 3-en-1 en aval du sécheur, on mesure également le débit massique, la pression et la température. Dès que le point de rosée augmente, il est alors possible d'identifier rapidement la cause du problème, par exemple une hausse de la température d'entrée du sécheur frigorifique et/ou un débit d'air élevé. Une diminution du débit et/ou de la pression peut également indiquer que le sécheur est encrassé à l'intérieur, tandis que les mesures de débit peuvent également servir à surveiller le niveau de fuite. Ceci est important car, outre la perte d'énergie, la condensation peut refluer dans le réseau de tuyauterie par des fuites, un risque qui augmente avec les applications à point de rosée bas.
Des mesures supplémentaires peuvent également être utilisées pour visualiser la perte de charge au niveau du sécheur et du système de filtration, ce qui permet de déterminer avec précision le moment où il convient de remplacer le filtre. En mesurant également la puissance, en combinaison avec les autres mesures, il est possible de calculer le rendement du sécheur et de le comparer à celui d'autres sécheurs. Ces données peuvent ensuite servir, par exemple, à optimiser la maintenance, mais aussi à vérifier a posteriori si les bons choix ont été faits lors de l'achat du ou des sécheurs.
Choix d'un sèche-linge
Dans le cadre des économies d'énergie, il est important d'examiner d'un œil critique le point de rosée sous pression réellement nécessaire et/ou la nécessité de refroidir tout l'air de manière centralisée. Un assèchement décentralisé, réservé aux processus qui en ont besoin, constitue également une option. Souvent, par mesure de sécurité, on opte pour un air trop sec, avec un point de rosée sous pression trop bas. Cela entraîne toutefois une consommation d'énergie inutile. La norme ISO 8573-1:2010 constitue une bonne référence pour déterminer le point de rosée correct. Les valeurs de point de rosée y sont réparties en sept classes : de la classe 0 à la classe 6. La classe 0 (définie comme toute valeur supérieure à la classe 1) est la catégorie la plus élevée qui ne s'applique que dans de rares cas, par exemple lorsque de l'air comprimé est nécessaire dans des salles blanches de la catégorie la plus élevée. La classe 1 a un point de rosée sous pression de -94 °F, la classe 6 de +50 °F.
Une analyse rigoureuse des besoins réels peut permettre de réaliser d'importantes économies, tant lors de l'investissement dans l'installation du sécheur que pendant son exploitation ultérieure. À titre d'exemple, la consommation d'énergie d'un sécheur à réfrigération est d'environ 0,8 kW/100 CFM, tandis qu'un sécheur à adsorption consomme environ cinq fois plus d'énergie, soit environ 3 à 4 kW/100 CFM !
Réservoirs de stockage pour produits humides et secs
Il est recommandé d'installer un réservoir de condensats en aval du compresseur d'air et en amont du sécheur d'air comprimé. Il est également recommandé d'installer un « réservoir de stockage d'air sec » séparé en aval du sécheur. Cela protège le sécheur contre les surcharges et permet également de le dimensionner en fonction du débit moyen plutôt que d'une demande de pointe (à court terme). Par conséquent, on peut généralement opter pour un sécheur plus petit. De plus, le réservoir supplémentaire contribue à stabiliser la pression du système et peut même avoir un effet bénéfique sur le dimensionnement et la régulation du compresseur.
Optimisation du système
La clé d'une installation d'air comprimé performante et rentable réside dans une surveillance continue, qui associe les mesures du point de rosée à celles du débit, de la pression, de la température et de la puissance. En affichant clairement toutes ces données dans un système de surveillance spécialement conçu à cet effet, tel que VPVision, le comportement du système peut être surveillé et analysé 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, 365 jours par an.
Les fluctuations de la demande, du point de rosée ou une température trop élevée du compresseur : tout est visualisé en temps réel et une alarme se déclenche en cas d'anomalie. Ce système fournit également des informations extrêmement précieuses pour optimiser la maintenance, prendre les bonnes décisions d'investissement en vue d'une expansion future et optimiser l'ensemble du système d'air comprimé. Une surveillance permanente prolonge la durée de vie des équipements, réduit les coûts de maintenance et d'énergie, et prévient les pertes de produit ainsi que les arrêts de production.
Cet article a été rédigé en collaboration avec Frank Moskowitz, formateur au Compressed Air Challenge, et Pascal van Putten, PDG de VPInstruments Delft, aux Pays-Bas. Il a été publié dans le magazine Compressed Air Best Practices.
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