Éléments essentiels du secteur : Types de refroidisseurs de compresseurs d’air et pannes courantes

Dans la structure des compresseurs d'air, le refroidisseur est un composant essentiel. Qu'il s'agisse d'un compresseur à piston, à vis, centrifuge ou autre, il comprend généralement les systèmes suivants : le système d'entraînement, le bloc de compression, le système d'admission, le système de refroidissement, le séparateur d'huile, le système de commande électrique et des composants auxiliaires tels que la réduction du bruit, l'amortissement des vibrations et la ventilation. Le système de refroidissement assure la dissipation de la chaleur et permet d'abaisser la température du gaz à haute température et haute pression à l'intérieur du compresseur.

Le rôle des unités de refroidissement dans les systèmes de compression d'air
Dans les systèmes de compression d'air, deux fluides nécessitent un refroidissement : l'air comprimé et l'huile de refroidissement (également appelée huile de compresseur, huile de lubrification ou liquide de refroidissement). Cette dernière est essentielle, car elle garantit le fonctionnement stable et continu du système d'air comprimé. Cela est particulièrement vrai pendant les mois d'été caniculaires, où les températures élevées entraînent des arrêts fréquents dus à des défaillances du groupe frigorifique.
En principe, l'huile du compresseur d'air doit circuler en continu dans le compresseur et le séparateur d'huile afin de dissiper l'énergie thermique générée lors de la conversion partielle de l'énergie électrique pendant la compression. Cette énergie thermique, présente dans l'air comprimé et l'huile de lubrification (ou leur mélange), se caractérise par des températures et des pressions élevées. Si l'air comprimé à haute pression est indispensable, les températures élevées sont inacceptables. Il est donc nécessaire de réduire cette chaleur à un niveau ambiant. Le transfert de la chaleur dégagée lors de la compression de l'air dans l'unité principale, ainsi que celle d'autres sources de chaleur, vers le refroidisseur est assuré par un fluide caloporteur : air ou eau. Cette distinction donne naissance aux termes de systèmes refroidis par air et de systèmes refroidis par eau.

Classification des unités de refroidissement

Pour les utilisateurs, le choix entre compresseurs refroidis par air et par eau dépend de l'environnement d'installation et d'exploitation. Les modèles refroidis par eau nécessitent un système de refroidissement par eau, tandis que les unités refroidies par air offrent une plus grande flexibilité d'installation, mais requièrent des locaux bien ventilés. Les compresseurs refroidis par air sont plus sensibles à la température ambiante et aux conditions d'installation, même si les fabricants prennent généralement en compte les cas extrêmes lors de la conception. Lorsqu'ils sont installés conformément aux spécifications, les performances de refroidissement sont généralement satisfaisantes. Ventilateur de refroidissements, qui consomment de l'énergie provenant du compresseur.

(1) Refroidisseur à air

Les radiateurs refroidis par air sont constitués de plusieurs ensembles de serpentins décalés. Ces serpentins sont recouverts d'ailettes de dissipation thermique, l'ensemble serpentin-ailette étant fixé de chaque côté à des plaques latérales pour former des composants indépendants. Le diamètre des tubes, généralement compris entre 10 et 18 mm, est directement lié à leur capacité de dissipation thermique. Les ailettes sont généralement fabriquées à partir de plaques d'aluminium d'une épaisseur de 0,2 à 0,4 mm, espacées d'environ 1,5 à 4 mm. Le radiateur est généralement relié à un ventilateur à air pulsé, activé par un thermostat pour un refroidissement efficace. En mode de ventilation forcée, la vitesse idéale du flux d'air à la surface du radiateur doit dépasser 2 à 3 mètres par seconde. Échangeur de chaleurCes appareils permettent une réduction de température maximale d'environ 15 °C. Leur efficacité de refroidissement augmente lorsque la température ambiante est basse, tandis qu'une chaleur ambiante excessive réduit considérablement leurs performances. Parmi leurs avantages, on note une conception simple, une utilisation facile, un design léger et une consommation d'eau nulle, même si le bruit du ventilateur peut être important.
Les pannes courantes comprennent les dysfonctionnements du ventilateur (par exemple, un disjoncteur moteur ou un condensateur endommagé dans le système de commande) et les fuites au niveau du serpentin. Dans ce cas, l'échangeur de chaleur complet doit généralement être remplacé.

(2) Refroidisseurs à eau

Les groupes refroidis par eau présentent des structures plus complexes. Leur consommation d'eau est liée au débit et à la pression de refoulement du compresseur d'air, ce qui nécessite des systèmes de circulation d'eau de refroidissement pour minimiser la consommation de cette ressource. Les configurations à calandre et tubes sont les plus répandues. Leur structure se compose d'un cylindre fermé formé de tôles d'acier laminées, contenant plusieurs tubes droits en cuivre ou des tubes métalliques ondulés (pour augmenter la surface d'échange thermique et la rigidité de surface). Des plaques d'extrémité étanches, soudées aux deux extrémités du cylindre fermé, fixent les tubes d'échange thermique en cuivre par des joints de dilatation ou par soudage. Deux bouchons étanches, boulonnés à la paroi du cylindre pour assurer l'étanchéité, contiennent des ailettes qui limitent le débit d'eau. L'eau de refroidissement pénètre dans les bouchons étanches par le bas, où le débit est restreint par les ailettes avant d'atteindre les tubes en cuivre de l'échangeur de chaleur. L'échange thermique se produit entre l'air comprimé à haute température (fluide caloporteur) à l'extérieur des tubes en cuivre et les parois de ces derniers, qui absorbent la chaleur dégagée par le fluide caloporteur pour le refroidir.

Après avoir circulé dans l'échangeur de chaleur, l'eau de refroidissement sort de l'appareil par le bouchon supérieur. La vitesse d'écoulement de l'eau de refroidissement dans les tubes de l'échangeur est généralement maintenue entre 1,8 m/s et 3,0 m/s. De l'air comprimé à haute température et haute pression pénètre par le haut de l'échangeur dans l'espace extérieur aux tubes de cuivre, où il est refroidi avant de sortir par le bas. L'eau de refroidissement doit entrer par le bas de l'échangeur et sortir par le haut. Ceci garantit que les tubes de l'échangeur restent constamment remplis d'eau de refroidissement, évitant ainsi la formation de poches d'air qui pourraient nuire à l'efficacité du refroidissement.

Avantages : Structure compacte, encombrement minimal et rendement de transfert thermique élevé. Cependant, la circulation de l’eau de refroidissement à grande vitesse dans les canalisations exige une qualité d’eau rigoureuse. Des obstructions ou des dépôts de tartre peuvent se former à l’intérieur des canalisations, rendant le nettoyage et la maintenance difficiles.

Défauts courants

1. Les fuites des groupes frigorifiques sont-elles fréquentes ? Causes courantes : tuyauterie vieillissante, soudures défectueuses, raccords d’eau endommagés. Solutions : remplacer les tuyaux ou vannes défectueux, resserrer les boulons.
2. Les problèmes d'obstruction des groupes frigorifiques sont-ils fréquents ? Causes courantes : débit d'eau insuffisant au niveau de la pompe, présence de corps étrangers dans les tuyaux de refroidissement, infiltration de débris dans le groupe. Solutions : nettoyer les tuyaux d'eau de refroidissement, remplacer la pompe, éliminer les débris et améliorer la qualité de l'eau.
3. L'entartrage des serpentins de refroidissement est-il fréquent ? Causes courantes : une eau de refroidissement de mauvaise qualité peut entraîner l'entartrage. Solutions : remplacer l'eau de refroidissement, effectuer un nettoyage régulier, utiliser des inhibiteurs de tartre et réaliser des inspections de suivi. De plus, installer des filtres à l'entrée et à la sortie des tuyaux de refroidissement pour éliminer les impuretés.
4. Les fuites de refroidisseur sont-elles fréquentes ? Relativement rares, mais les causes incluent : une pression d’eau excessive, des tuyaux de refroidisseur vétustes, etc. Solutions : remplacer les tuyaux de refroidisseur endommagés ou resserrer les boulons des tuyaux de refroidisseur.
5. Un niveau d'eau bas dans le refroidisseur est-il fréquent ? Relativement rare, mais cela peut être dû à une vidange rapide du circuit de refroidissement ou à l'évaporation. Solutions : Remplissez rapidement le réservoir d'eau et envisagez l'installation d'un logiciel de contrôle automatique du niveau d'eau pour maintenir un niveau stable.

Dans les systèmes de compresseurs d'air, des unités de refroidissement abaissent la température de l'air comprimé, supérieure à 85 °C, à la température ambiante. Qu'elles soient refroidies par air ou par eau, ces unités refroidissent simultanément l'air comprimé et l'huile du compresseur, un facteur essentiel pour un fonctionnement stable et continu.

Lors des vagues de chaleur estivales, si les compresseurs d'air continuent de mal fonctionner malgré la maintenance programmée (incluant le remplacement des trois filtres et de l'huile), inspectez minutieusement l'unité de refroidissement et le refroidisseur afin de vérifier leur intégrité. Pour les systèmes refroidis par air : vérifiez si le ventilateur de refroidissement est endommagé ou si le thermostat est activé. Pour les systèmes refroidis par eau : vérifiez si le refroidisseur présente des fuites. Réparez ou remplacez rapidement tout composant défectueux afin d'éviter toute interruption de production.

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