Traitement de l'air comprimé

La source d'énergie Air est certes disponible pratiquement sans limites dans le monde entier, toutefois, la qualité n'est pas la même partout. L'air diffère énormément d'une zone climatique à l'autre, du fait de diverses émissions polluantes générées par la circulation, l'industrie, l'agriculture et d'autres sources d'influence. Lors du traitement de l'air comprimé, il est impératif de bien en tenir compte. Avec le bon traitement de l'air comprimé, il est possible de réduire considérablement les pannes et les temps d'arrêt. Non seulement les machines ont besoin d'un air comprimé propre et sec. En tant que fluide du processus, l'air comprimé doit répondre à certaines exigences techniques et doit être conditionné en conséquence. Par conséquent, la qualité de l'air comprimé dépend des exigences respectives.

Les différents processus lors du traitement de l'air comprimé

Dans la norme ISO8573-1 est définie la quantité d'impuretés maximale admissible par mètre cube d'air comprimé. Les particules solides, l'eau et l'huile sont présentées comme les 3 types de contaminants primaires.

3 chiffres sont utilisés pour exprimer la classe de qualité d'air comprimé, selon ISO 8573-1.

De ce fait, le traitement de l'air comprimé fait appel à différents processus imbriqués les uns dans les autres. Une attention particulière est portée à la contamination par des germes et des bactéries. Toutefois, dans la norme DIN ISO 8573-1, aucune valeur limite n'est définie pour les germes et les microorganismes.

Pour en savoir davantage sur la qualité de l'air comprimé selon ISO 8573.1, cliquez-ici..

Concentration en particules

Lors de la génération de l'air comprimé de l'air ambiant est aspiré puis comprimé à l'aide d'un compresseur. Durant ce processus, des particules de poussière, de l'humidité, des particules d'huile, des aérosols ainsi que des composants microbiologiques entrent également dans la composition de l'air comprimé, avec des taux de concentration plus ou moins importants.

À l'aide de filtres adéquats, il est possible d'atteindre progressivement le taux de concentration correct en particules.


Humidité résiduelle

L'eau est le polluant le plus problématique de l'air comprimé. Elle conduit non seulement à des dommages dus à la corrosion, mais elle favorise également la croissance de microorganismes pouvant nuire à la santé du personnel et risquant de contaminer les processus.

Des sécheurs adéquats permettent de générer le taux requis en humidité résiduelle.


Teneur en huile résiduelle

L'air ambiant contient de l'huile sous forme gazeuse (brouillard d'huile). Les valeurs caractéristiques pour la nuisance se situent entre 0,05 mg/m³ et 0,5 mg/m³. Dans les zones urbaines à forte densité de bâti ou dans les environnements industriels la teneur peut néanmoins être supérieure.

Des procédés adéquats permettent de réduire et de surveiller la teneur en huile résiduelle.


Exempt de germes

Les systèmes d'air comprimé contiennent de grandes quantités d'impuretés microbiologiques et les systèmes d'air comprimé chauds et humides leur offrent un environnement de croissance idéal.

Toutefois, les technologies actuelles de traitement de l'air comprimé comme les filtres stériles ou la technique de catalyse permettent également d'éradiquer durablement tout germe et tout microorganisme.


Impuretés contenues dans l'air

À peine décelable à l'œil nu : les pollens, germes, particules, fibres, aérosols d'huile ainsi que les particules de métaux lourds comme le plomb et le cadmium. Les impuretés contenues dans l'air ambiant peuvent nuire au bon fonctionnement du réseau d'air comprimé et affecter la qualité des produits et même la santé des consommateurs.

Le compresseur comprime l'air ambiant aspiré au niveau de pression requis. Mais la compression de l'air ambiant augmente également la concentration en impuretés. En l'absence de traitement adéquat, les impuretés arrivent inéluctablement à pénétrer dans le réseau d'air comprimé et selon le processus de production en place, elles contaminent même le produit final. Par conséquent, le traitement de l'air comprimé est un thème essentiel pour la sécurité des processus.

Filtration de l'air comprimé

En ce qui concerne les filtres d'air comprimé, vous rencontrez les appellations les plus diverses. Dans certains cas, les noms sont spécifiques au fabricant, dans d'autres, les désignations sont devenues d'usage courant ou il s'agit de termes techniques. Ci-après, nous vous expliquons dans le détail certains des termes que l'on rencontre le plus souvent pour les types de filtres bien précis.

Séparateur d'eau / séparateur cyclonique

Le séparateur d'eau n'est pas un filtre au sens propre du terme, mais comme son nom l'indique déjà, c'est un séparateur. Il bloque le passage des volumes de liquide dormants, contenus dans l'air comprimé et assure la séparation de l'eau, par gravimétrie et par la force centrifuge.

Les séparateurs d'eau assurent par conséquent l'extraction de grandes quantités de liquides hors du système et délestent ainsi les sécheurs ou autres composants disposés en aval. Ce liquide est appelé condensat et doit impérativement faire l'objet d'un traitement adéquat (àTechnologie des condensats).

Filtration par voie humide / Filtre à coalescence

Les filtres à coalescence d'un usage largement répandu, combinent en interne, différentes techniques de filtration, afin d'atteindre des résultats optimums. Souvent, on fait appel ici à des médias filtrants non tissés, avec différentes propriétés, en association avec des méthodes de fabrication correspondantes (plissage, enroulage...). De cette façon, les différents fabricants essaient de réaliser dans un seul corps, aussi bien la filtration des particules que la séparation des gouttelettes de liquide et d'huile ainsi que les aérosols. Dans la suite du texte, vous apprendrez comment cela fonctionne.

Filtration de surface

Les particules dont la taille est supérieure à l'écartement des fibres du média filtrant non tissé, sont retenues directement entre ces fibres, leur rétention est alors assurée comme avec un tamis. Étant donné que cette rétention s'opère dans la majorité des cas au niveau de la surface, on parle souvent aussi de filtration de surface.


Filtration en profondeur

Au cours de la filtration en profondeur – autrement dit, durant la phase de séparation par impact – les particules solides et les aérosols pénètrent dans le lit de filtration. Là elles aboutissent sur une multitude de fibres fines – perdent de l'énergie cinétique – se déplacent de moins en moins vite – et restent finalement collées sur les fibres.


Mouvement brownien

Du fait du mouvement brownien, les aérosols les plus fins entrent en collision avec les fibres – se déplacent dans le sens de circulation de l'air comprimé le long de la paroi extérieure des fibres. Ils forment des gouttelettes plus importantes au niveau des ramifications et s'écoulent dans une cuve collectrice, à partir de laquelle il convient de les purger en tant que condensats d'air comprimé.


Filtration étagée

Pour améliorer les résultats après la filtration, il est également possible de raccorder plusieurs filtres à particules l'un derrière l'autre. Dans ce cas, il faut toujours commencer par la filtration des particules de taille plus importante et terminer par la filtration la plus fine. Ce procédé est également appelé filtration étagée, étant donné que chacun des étages permet d'assurer la filtration des particules de la taille correspondante. BEKO TECHNOLOGIES propose des filtres à coalescence en 3 degrés de filtration :

. Aérosols d'huile - Particules .
Degré de filtration Taux de rétention des aérosols d'huile Concentration à l'entrée Concentration à la sortie - Rétention des particules Taille des particules Classe selon ISO 8573-1
Préfiltre C 84,00 % 30 mg/m³ <=5 mg/m³ - 99,00 % 2,0 -5,0 µm 4. - 4.
Filtre micronique F 99,50 % 10 mg/m³ 0,05 mg/m³ - 99,83 % 0,5 -2,0 µm 2. - 2.
Filtre submicronique S 99,95 % 10 mg/m³ 0,005 mg/m³ - 99,98 % 0,1 -0,5 µm 1. - 2.*

* Pour atteindre la classe 1.-.1, un filtre supplémentaire antipoussière et à charbon actif est en règle générale nécessaire, étant donné que les filtres à coalescence ne peuvent pas retenir les vapeurs d'huile.

Filtres à coalescence et teneur en huile résiduelle

Pour les filtres d'air comprimé en général, on parle de filtres à coalescence. Comme son nom l'indique déjà, dans un filtre de ce type, les gouttelettes les plus fines "fusionnent" pour former des gouttes de taille plus importante. Ceci permet d'améliorer la capacité de rétention d'un filtre.

Les vapeurs d'huile, par exemple, se présentent sous une forme "tellement fine", qu'une coalescence ne puisse pas avoir lieu.  Les vapeurs d'huile circulent sans aucune entrave à travers le filtre. Dans la norme ISO 8573-1, il est tenu compte de l'huile sous toutes ses formes, à savoir, l'huile liquide, les aérosols et les vapeurs. Un filtre à coalescence utilisé seul ne permet pas d'atteindre une classe de qualité d'air comprimé 1.

La méthode appropriée est l'adsorption ou, en alternative, un traitement par catalyse. Voir air comprimé exempt d'huile…

Humidité dans l'air comprimé

L'humidité de l'air désigne la teneur en vapeur d'eau contenue dans l'air. À température ambiante égale, l'humidité de l'air peut être très différente (climat désertique, climat tropical). À une température donnée, un volume d'air ne peut contenir qu'une quantité limitée de vapeur d'eau. Dans ce contexte, on fait la distinction entre humidité maximale, humidité absolue et humidité relative.

Le point de rosée sous pression désigne la température à laquelle un mètre cube d'air comprimé à une pression correspondante, est saturé à 100 % avec de la vapeur d'eau. Si l'air comprimé se refroidit jusqu'à une température inférieure à celle-ci, il se forme du condensat.  Bien qu'il soit exprimé sous la forme d'une valeur de température, le point de rosée ne correspond pas à la température effective de l'air. De l'air comprimé avec une température de 35 °C peut présenter un point de rosée sous pression de -40 °C, par exemple.

Pour les applications pour lesquelles, la présence d'humidité résiduelle dans l'air comprimé constitue un critère de qualité, le point de rosée sous pression est une grandeur importante.

  • Une humidité résiduelle trop élevée dans l'air comprimé nuit considérablement à la qualité de la mise en peinture, par exemple, par la formation de bulles.
  • Les produits hygroscopiques, hydrophiles comme par exemple les poudres, les épices, le sel et aussi le sucre deviennent collants durant le processus de production.
  • L'humidité contenue dans l'air comprimé conduit, dans un environnement non protégé et froid, par exemple au givrage des vannes de commande et à la corrosion au niveau des appareils fonctionnant à l'air comprimé.

Procédés de séchage de l'air comprimé

Bon nombre d'utilisateurs ignorent quelle quantité d'eau peut être générée par l'utilisation d'un système d'air comprimé. De grandes quantités d'air atmosphérique humide sont comprimées au sein du compresseur et sortent sous forme d'air comprimé, saturé à 100 % avec de la vapeur d'eau. Étant donné que l'air comprimé est d'abord stocké dans la cuve d'air comprimé, puis se déplace dans le réseau de conduites, il se refroidit et la vapeur d'eau contenue se condense en eau liquide, qui forme à nouveau des aérosols ou du brouillard d'eau. L'installation de séparateurs d'eau réduit la quantité d'eau liquide contenue dans l'air comprimé et les filtres à coalescence réduisent la quantité d'aérosols d'eau, mais la filtration limitée uniquement à la réduction de la quantité d'eau, n'est pas suffisante en soi. Si l'installation n'est équipée que de séparateurs d'eau, la classification la meilleure possible selon ISO 8573-1, est la classe 6 pour l'eau.

Pour la réduction de la vapeur d'eau, il faut utiliser un sécheur. Dans ce domaine, trois procédés se sont établis – les sécheurs frigorifiques, les sécheurs à membrane et les sécheurs par adsorption. Les critères de sélection sont alors le PRSP, le débit, l'application et la qualité d'air comprimé requise conformément à la classe requise ainsi que la rentabilité du système et les coûts générés.

. Sécheur frigorifique Sécheur à membrane Sécheur par adsorption
Point de rosée sous pression Les points de rosée sous pression se situent entre +3 et +10 °C Les points de rosée sous pression se situent entre +10 et -40 °C Les points de rosée sous pression se situent entre -20 et -70 °C
Débit env. 20 à 17 600 m³/h env. 20 à 2 250 l/mn env. 10 à 100 000 m³/h
Principe de fonctionnement Compresseur et échangeur de chaleur avec principe de condensation L'humidité est évacuée dans l'atmosphère à travers l'air de balayage L'humidité est capturée à l'aide d'un adsorbant
Observation Ne convient pas pour des températures ambiantes inférieures au point de gel Sécheur au point d'utilisation, utilisable également pour une distribution d'air comprimé exposée au risque de gel Très vaste choix de PRSP et hauts débits possibles.

Les sécheurs frigorifiques sont installés de préférence au début du système d'air comprimé – après une séparation d'eau et une purge des condensats adéquates. Les sécheurs à membrane sont souvent disposés à proximité de l'application, donc du point de soutirage. Ils sont souvent utilisés en complément du sécheur frigorifique, en guise de sécheur individuel au point de soutirage, pour des débits moins élevés. Selon l'application, les sécheurs par adsorption sont installés, soit au début du système d'air comprimé ou à proximité de l'application et conviennent pour les très gros débits.

Le saviez-vous ? Point de rosée sous pression et fuites

Le point de rosée sous pression (PRSP) est une grandeur caractéristique essentielle et un critère de qualité dont il faut tenir compte lors du traitement de l'air comprimé. Un air ambiant normal, avec une pression atmosphérique de 1 bar, peut absorber nettement plus d'humidité que l'air comprimé. Le point de rosée sous pression augmente lorsque la pression du système augmente – et vice versa.

Si votre système d'air comprimé présente des fuites, cela nuit au point de rosée sous pression. La qualité de l'air comprimé atteinte moyennant de fastidieux processus de séchage est alors à nouveau remise en cause. Par conséquent, outre les aspects économiques, la localisation et l'élimination des fuites gagne également en importance pour la sécurité des processus.

En savoir plus…

Présence d'huile résiduelle et de germes dans l'air comprimé

Dans de nombreux sites de production, l'air comprimé entre en contact direct ou indirect avec les installations de production, les produits ou les matériels d'emballage (plus particulièrement dans l'industrie alimentaire, des boissons, pharmaceutique et électronique). Les contaminations par la présence d'huile résiduelle, de micro-organismes et de germes ont alors des conséquences sur la qualité du produit, la sécurité du consommateur et la réputation de la marque.

Protection efficace contre toute entrée d'huile dans le système d'air comprimé et sécurité des processus lors de l'utilisation avec des produits sensibles – ce qui importe alors, ce sont les interactions. seule l'interaction parfaite des différents composants destinés au traitement permet de garantir la qualité d'air comprimé voulue. Les sources possibles des impuretés sont aussi souvent sous-estimées.

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