Compresseurs, ventilateurs et soufflantes – Compréhension de base

Les compresseurs, ventilateurs et soufflantes sont largement utilisés dans divers secteurs industriels. Ces appareils sont parfaitement adaptés aux processus complexes et sont devenus indispensables pour certaines applications spécifiques. Leur définition est simple :

• Compresseur:Un compresseur est une machine qui réduit le volume d'un gaz ou d'un liquide en créant une pression élevée. On peut également dire qu'un compresseur comprime simplement une substance, généralement un gaz.
• Ventilateurs :Un ventilateur est une machine utilisée pour déplacer un fluide ou de l'air. Il est actionné par un moteur électrique qui fait tourner les pales fixées à un arbre.
• Souffleurs :Un souffleur est une machine qui déplace de l'air à pression modérée. On l'utilise aussi pour souffler de l'air ou du gaz.

La différence fondamentale entre les trois appareils ci-dessus réside dans leur mode de déplacement ou de transmission de l'air/gaz et de la pression du système. Les compresseurs, ventilateurs et soufflantes sont définis par l'ASME (American Society of Mechanical Engineers) comme le rapport entre la pression de refoulement et la pression d'aspiration. Le rapport spécifique pour les ventilateurs peut aller jusqu'à 1,11, celui des soufflantes entre 1,11 et 1,20, et celui des compresseurs au-delà de 1,20.

Types de compresseurs

Les types de compresseurs peuvent être principalement regroupés en deux :Déplacement positif et dynamique

Les compresseurs volumétriques sont à nouveau de deux types :Rotatif et alternatif

• Les types de compresseurs rotatifs sont les compresseurs à lobes, à vis, à anneau liquide, à spirale et à palettes.
• Les types de compresseurs alternatifs sont à membrane, à double effet et à simple effet.

Les compresseurs dynamiques peuvent être classés en centrifuges et axiaux.

Examinons cela en détail.

Compresseurs volumétriquesUn système utilise un volume d'air introduit dans une chambre, puis réduit ce volume pour comprimer l'air. Comme son nom l'indique, le déplacement du composant réduit le volume de la chambre, comprimant ainsi l'air/gaz. En revanche, dans uncompresseur dynamique, il y a un changement de vitesse du fluide entraînant une énergie cinétique qui crée une pression.

Les compresseurs alternatifs utilisent des pistons lorsque la pression de refoulement de l'air est élevée, la quantité d'air traitée est faible et la vitesse du compresseur est faible. Ils conviennent aux pressions et volumes de gaz moyens et élevés. Les compresseurs rotatifs, quant à eux, conviennent aux pressions faibles et moyennes et aux grands volumes. Ces compresseurs sont dépourvus de pistons et de vilebrequin. Ils sont équipés de vis, d'aubes, de spirales, etc. Ils peuvent donc être classés selon les composants qui les équipent.

Types de compresseurs rotatifs

• Spirale : Dans cet équipement, l'air est comprimé à l'aide de deux spirales. L'une est fixe et immobile, tandis que l'autre effectue un mouvement circulaire. L'air est emprisonné à l'intérieur de la spirale et comprimé au centre. Ces appareils sont souvent sans huile et nécessitent peu d'entretien.
• Aubes : Elles sont constituées d'ailettes qui se déplacent à l'intérieur d'une turbine, provoquant une compression due à ce mouvement de balayage. La vapeur est alors comprimée en sections de petit volume, la transformant en vapeur à haute pression et haute température.
• Lobe : Il est constitué de deux lobes qui tournent à l'intérieur d'un carter fermé. Ces lobes sont décalés de 90 degrés l'un par rapport à l'autre. Lors de la rotation du rotor, l'air est aspiré par l'entrée du carter du cylindre et expulsé par la sortie, contre la pression du système. L'air comprimé est ensuite acheminé vers la conduite de refoulement.
• Vis : Ce type de compresseur est équipé de deux vis engrenées qui emprisonnent l'air entre la vis et le carter du compresseur, ce qui permet de le comprimer et de le refouler à une pression plus élevée depuis la soupape de refoulement. Les compresseurs à vis sont adaptés et efficaces pour les faibles pressions d'air. Comparé à un compresseur alternatif, ce type de compresseur assure un débit d'air comprimé continu et un fonctionnement silencieux.
• Compresseurs à spirale : Les compresseurs à spirale sont équipés de volutes entraînées par le moteur principal. Les bords extérieurs des volutes emprisonnent l'air. En tournant, l'air circule de l'extérieur vers l'intérieur, se comprimant ainsi grâce à une réduction de surface. L'air comprimé est acheminé par l'espace central de la volute vers la conduite d'air.
• Anneau liquide : Il est constitué d'aubes qui se déplacent à l'intérieur d'une roue, et la compression se produit grâce à ce mouvement de balayage. La vapeur est alors comprimée en sections de petit volume, la transformant en vapeur à haute pression et haute température.
• Dans ce type de compresseur, les aubes sont intégrées à un carter cylindrique. Lorsque le moteur tourne, le gaz est comprimé. Un liquide, principalement de l'eau, est ensuite introduit dans l'appareil et, sous l'effet de l'accélération centrifuge, un anneau liquide se forme à travers les aubes, formant ainsi une chambre de compression. Ce compresseur est capable de comprimer tous les gaz et vapeurs, même les poussières et les liquides.

• compresseur alternatif

• Compresseurs à simple effet :Le piston fonctionne à l'air comprimé dans un seul sens. L'air est comprimé uniquement sur la partie supérieure du piston.
• Compresseurs à double effet :Il est doté de deux jeux de soupapes d'admission et de refoulement de chaque côté du piston, qui servent à comprimer l'air.

• Compresseurs dynamiques

  La principale différence entre les compresseurs volumétriques et les compresseurs dynamiques réside dans le fait que le premier fonctionne à débit constant, tandis que le second, tel que le centrifuge ou l'axial, fonctionne à pression constante et que ses performances sont affectées par des conditions externes telles que les variations de température d'admission. Dans un compresseur axial, le gaz ou le fluide s'écoule parallèlement à l'axe de rotation, ou axialement. Ce compresseur rotatif peut pressuriser les gaz en continu. Les aubes d'un compresseur axial sont relativement plus rapprochées les unes des autres. Dans un compresseur centrifuge, le fluide pénètre par le centre de la roue et se déplace vers l'extérieur par la périphérie grâce à des aubes de guidage, réduisant ainsi la vitesse et augmentant la pression. On parle également de turbocompresseur. Ce sont des compresseurs efficaces et fiables. Cependant, leur taux de compression est inférieur à celui des compresseurs axiaux. De plus, les compresseurs centrifuges sont plus fiables si la norme API 617 (American Petroleum Institute) est respectée.

  Types de ventilateurs

  Selon leur conception, les principaux types de ventilateurs sont les suivants :

• Ventilateur centrifuge :
• Dans ce type de ventilateur, le flux d'air change de direction. Il peut être incliné, radial, à courbure avant ou arrière, etc. Ces ventilateurs sont adaptés aux températures élevées et aux vitesses de pointe des pales faibles et moyennes à haute pression. Ils peuvent être utilisés efficacement pour les flux d'air fortement contaminés.
• Ventilateurs axiaux:Ce type de ventilateur ne modifie pas la direction du flux d'air. Il existe des ventilateurs vanaxiaux, tubulaires et hélicoïdaux. Ils produisent une pression plus faible que les ventilateurs centrifuges. Les ventilateurs hélicoïdaux offrent des débits élevés à basse pression. Les ventilateurs tubulaires axiaux offrent une pression basse/moyenne et un débit élevé. Les ventilateurs axiaux à palettes, dotés d'aubes directrices d'entrée ou de sortie, offrent des performances élevées et un débit moyen.
• Par conséquent, les compresseurs, ventilateurs et soufflantes sont largement utilisés dans les secteurs municipal, manufacturier, pétrolier et gazier, minier et agricole pour diverses applications, simples ou complexes. Le débit d'air requis dans le processus ainsi que la pression de sortie requise sont des facteurs clés déterminant le choix du type et de la taille d'un ventilateur. La conception du boîtier du ventilateur et des conduits détermine également son efficacité.
  

  Souffleurs

  Un ventilateur est un équipement ou un dispositif qui augmente la vitesse de l'air ou du gaz lorsqu'il passe à travers des turbines. Il est principalement utilisé pour le flux d'air/gaz nécessaire à l'extraction, l'aspiration, le refroidissement, la ventilation, le transport, etc. Dans l'industrie, on parle aussi de ventilateur centrifuge. Dans un ventilateur, la pression d'entrée est faible et plus élevée à la sortie. L'énergie cinétique des pales augmente la pression de l'air à la sortie. Les ventilateurs sont principalement utilisés dans l'industrie pour des besoins de pression modérée, où la pression est supérieure à celle du ventilateur et inférieure à celle du compresseur.

  Types de souffleurs :Les soufflantes peuvent également être classées en soufflantes centrifuges et volumétriques. Comme les ventilateurs, elles utilisent des pales de différentes conceptions, telles que courbées vers l'arrière, courbées vers l'avant et radiales. Elles sont généralement entraînées par un moteur électrique. Elles peuvent être mono-étagées ou multi-étagées et utilisent des turbines à grande vitesse pour accélérer l'air ou d'autres gaz.

  Les surpresseurs volumétriques sont similaires aux pompes PDP, qui compriment le fluide, augmentant ainsi la pression. Ce type de surpresseur est préférable à un surpresseur centrifuge lorsqu'une pression élevée est requise dans un procédé.

  Applications des compresseurs, ventilateurs et soufflantes

  Les compresseurs, ventilateurs et soufflantes sont principalement utilisés pour des processus tels que la compression de gaz, l'aération du traitement de l'eau, la ventilation de l'air, la manutention des matériaux, le séchage de l'air, etc. Les applications d'air comprimé sont largement utilisées dans divers domaines tels que l'aérospatiale, l'automobile, la fabrication de produits chimiques, l'électronique, l'alimentation et les boissons, la fabrication générale, la fabrication du verre, les hôpitaux/médicaux, l'exploitation minière, les produits pharmaceutiques, les plastiques, la production d'électricité, les produits du bois et bien d'autres.

  Le principal avantage d'un compresseur d'air réside dans son utilisation dans le secteur du traitement de l'eau. Le traitement des eaux usées est un processus complexe qui nécessite la décomposition de millions de bactéries ainsi que des déchets organiques.

  Les ventilateurs industriels sont également utilisés dans diverses applications telles que les industries chimiques, médicales, automobiles,agricole,exploitation minière, l'agroalimentaire et la construction, qui peuvent tous utiliser des ventilateurs industriels pour leurs processus respectifs. Ils sont principalement utilisés dans de nombreuses applications de refroidissement et de séchage.

  Les soufflantes centrifuges sont couramment utilisées pour des applications telles que le contrôle de la poussière, l'alimentation en air de combustion, le refroidissement, les systèmes de séchage, pour les aérateurs à lit fluidisé avec systèmes de transport d'air, etc. Les soufflantes à déplacement positif sont souvent utilisées dans le transport pneumatique, pour l'aération des eaux usées, le rinçage des filtres et la surpression des gaz, ainsi que pour le déplacement de gaz de toutes sortes dans les industries pétrochimiques.

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