Humidité dans les compresseurs
L'air atmosphérique contient toujours de l'eau, principalement sous forme d'humidité vaporisée et parfois sous forme d'eau réelle (quand il pleut). Même si l'eau vaporisée dans l'atmosphère n'est habituellement ni visible ni perceptible, il peut y en avoir beaucoup.
À une température de 35 °C, l'air peut contenir jusqu'à 39 grammes d'eau sous forme de vapeur par m³. Si l'air atteint ce niveau, son humidité relative est de 100 %. S'il y a plus d'eau dans l'air, tout ce qui dépasse ces 39 g/m³ se condense et forme des gouttelettes.
Lorsque la température diminue, la quantité maximale de vapeur d'eau que l'air peut contenir diminue également. Par exemple, l'air à une température de 20 °C ne peut contenir qu'un maximum de 17 grammes d'eau par m³ sous forme de vapeur. Cela signifie que lorsque nous prenons 1m³ d'air à 35 °C avec 100 % d'humidité relative et que nous le refroidissons jusqu'à 20 °C, 22 grammes de vapeur se condensent, car l'air n'est plus capable de contenir cette quantité de vapeur.
Le point de rosée est un paramètre souvent utilisé pour indiquer la sécheresse de l'air. C'est la température à laquelle l'air est complètement saturé de vapeur d'eau. Dans notre exemple, l'air à 35 °C contient 39 g de vapeur d'eau par m³, c'est-à-dire un air avec une humidité relative de 100 %, a un point de rosée de 35 °C.Si l'air ne contient que 22 g d'eau par m³, ce qui signifie que son humidité relative est de 56 %, son point de rosée est de 20 °C.
Remarque : si ces valeurs sont mesurées à une pression de température atmosphérique, on parle du point de rosée atmosphérique. Si elles sont mesurées sous pression, nous les appelons alors point de rosée sous pression. Mais que se passe-t-il lorsque l'air atmosphérique est comprimé ? Pendant la compression, la concentration de la vapeur d'eau augmente parallèlement au rapport de pression, ce qui signifie qu'une plus grande quantité de vapeur d'eau sera installée dans le même espace.
Exemple :
Dans des conditions ambiantes normales, une température de 35 °C et une humidité relative de 60 %, 1 mètre cube d'air contient environ 23 grammes de vapeur d'eau. Si l'air ambiant est comprimé à une pression de 7 bars(g), la concentration de vapeur d'eau augmente 8 fois. En conséquence, un mètre cube de cet air comprimé contient maintenant 184 grammes d'eau. Cela signifie que 161 grammes d'eau supplémentaire entrent dans le système d'air comprimé pour chaque mètre cube d'air comprimé produit à 35 °C.
Si cela ne semble pas très important, voyons ce que cela signifie pour un compresseur de 90 kW fonctionnant 8 heures sur 24.
Au cours de cette période, il devait fournir 970m³ d'air comprimé contenant un total de 140 litres d'eau en excès, ce qui pourrait remplir une baignoire et 37 litres de vapeur d'eau.
Regardez la vidéo du wiki pour une explication claire de la présence d'eaux dans l'air comprimé et de la façon de la traiter correctement afin d'éviter tout risque potentiel.
Cela nous amène à la question clé :
Heureusement, il existe de multiples façons d'éliminer l'eau et/ou l'humidité de l'air comprimé et de protéger les équipements et produits en aval.La première est appelée « surcompression ». Ici, la pression augmente au-dessus du niveau requis. Comme nous venons de l'apprendre, cela entraînerait une plus grande quantité d'eau dans l'air comprimé et la formation d'un plus grand nombre de gouttelettes, qui sont ensuite éliminées. Ensuite, la pression est réduite au niveau réellement requis. En conséquence, l'air est beaucoup plus sec car seul de la vapeur d'eau reste dans l'air comprimé, ce qui entraîne une humidité relative inférieure à 100 %.
Une deuxième méthode est le refroidissement. Comme nous l'avons expliqué précédemment, la quantité de vapeur d'eau que l'air peut contenir diminue parallèlement à la température de l'air. Pendant le refroidissement, l'air comprimé est refroidi à une température inférieure. Lorsque la température diminue, l'humidité relative dépasse 100 % et des gouttelettes d'eau se forment.
Celles-ci peuvent ensuite être collectées et éliminées. Ensuite, la température de l'air comprimé augmente à nouveau et, encore une fois, seule la vapeur d'eau reste dans l'air comprimé. À ce stade, l'humidité relative sera inférieure à 100 %.
La dernière technologie est appelée «séchage chimique». Avec cette méthode souvent utilisée, l'humidité est éliminée par absorption ou adsorption par une substance externe. En cas d'absorption, l'humidité est captée par un liquide hygroscopique ou une poudre. L'humidité est absorbée par ce matériau.
Étant donné que la composition chimique du matériau absorbant change, il ne peut plus être régénéré. Par conséquent, le matériau absorbant doit être retiré et remplacé après avoir été saturé pour recommencer le processus.
Dans le cas de l'adsorption, l'humidité est captée par des billes hygroscopiques. Par diffusion, les molécules d'humidité sont transportées dans les pores des billes, où elles s'accumulent. Lorsque les billes sont saturées, elles doivent être régénérées afin de recommencer le processus.
La régénération des billes peut être effectuée de différentes manières : un flux d'air chaud ou très sec peut être envoyée via des billes de dessiccant.
Dans les deux cas, les forces qui retiennent l'eau sont perturbées, ce qui entraîne l'élimination des molécules d'eau.
Examinons brièvement la popularité et les avantages de chaque méthode, la façon dont elles peuvent être utilisées et les inconvénients éventuels.
Surcompression : Il s'agit peut-être de la méthode de séchage de l'air comprimé la plus simple, mais elle ne convient qu'aux très petits débits d'air en raison de sa forte consommation d'énergie.
Refroidissement : Le refroidissement est une méthode de séchage populaire. Dans certains cas, l'air comprimé est refroidi à l'aide d'un échangeur de chaleur avec de l'eau de refroidissement refroidie. A cette basse température, l'humidité est condensée dans des gouttelettes d'eau qui sont collectées et évacuées. Ce système est limité par la température de l'eau de refroidissement et nécessite également l'utilisation d'un refroidisseur d'eau.
Absorption : Cette méthode est coûteuse car les déchets liquides du sécheur doivent être traités comme des déchets chimiques. Le matériau d'absorption doit être remplacé en permanence, ce qui rend ce système très coûteux. En outre, le point de rosée de ce type de sécheur ne peut être abaissé qu'à 15 °C.
Séchage par réfrigération : Une méthode de séchage plus couramment utilisée qui repose sur l'air comprimé de refroidissement peut-être effectuée par des sécheurs par réfrigération. Dans ces sécheurs, un circuit de réfrigérant refroidit l'air comprimé. Cependant, si la température dans ces sécheurs tombe en dessous de 0 °C, les gouttelettes d'eau formées gèlent et bloquent le débit d'air comprimé dans l'échangeur de chaleur, entraînant une défaillance du sécheur frigorifique.
Séchage par adsorption : Les sécheurs par adsorption sont principalement utilisés lorsque le point de rosée sous pression requise doit être inférieur à 0 °C. La plupart de ces applications nécessitent des températures de point de rosée jusqu'à -40°C ou même -70°C.
Voyons maintenant comment les sécheurs évoluent au fil du temps.
