La distribution d'air comprimé est souvent considérée comme un élément secondaire du système d'utilité d'une usine, mais le réseau de canalisations peut déterminer si la pression produite par le compresseur atteint réellement le point d'utilisation. Le diamètre des tuyaux, la longueur totale des tuyaux, les raccords, les vannes, les filtres, les sécheurs et la disposition des conduites principales et secondaires contribuent tous à la perte de pression. Lorsque le réseau est sous-dimensionné, une usine peut compenser en augmentant la pression de refoulement du compresseur, ce qui peut augmenter la consommation d'énergie sans améliorer la conception de distribution sous-jacente.
Point de référence de RNCan : un système d'air comprimé bien conçu devrait généralement maintenir la perte de pression totale entre la décharge du compresseur et le point d'utilisation final bien en dessous de 10 % de la pression de décharge du compresseur. RNCan note également que, dans un système de référence de 100 psi, chaque 2 psi supplémentaire de pression de décharge peut augmenter la consommation d'énergie d'environ 1 % à pleine puissance.
Le dimensionnement des tuyaux doit commencer par les exigences du système, et non par une taille de tuyau préférée. Au minimum, établissez les éléments suivants :
· Pression requise au point d'utilisation le plus éloigné ou critique.
· Demande de pointe et normale en air comprimé, exprimée de préférence en SCFM ou sur une autre base de débit clairement définie.
· Longueur de la ligne principale et distance la plus longue de l'embranchement.
· Nombre et type de raccords, vannes, filtres, sécheurs, régulateurs et connecteurs rapides dans le circuit d'écoulement.
· Qualité de l'air requise et classe de pureté ISO 8573-1 applicable, le cas échéant.
· Expansion prévue de la production et si le système de distribution aura besoin de dépôts ou de succursales supplémentaires ultérieurement.
Ne dimensionnez pas la tuyauterie uniquement en fonction de la puissance du compresseur. Une plaque signalétique du compresseur décrit la machine, tandis que le dimensionnement des tuyaux doit tenir compte de la demande réelle en air et de la résistance entre l'alimentation et le point d'utilisation.
Pour une conception préliminaire, un cadre d’ingénierie utile est :
Q_design = Σ (Q_equipment × facteur de demande) + allocation de croissance
Il s’agit d’une formule de planification plutôt que d’une équation de code universelle. Le facteur de demande dépend du nombre de charges pneumatiques fonctionnant simultanément et doit être basé sur le comportement de production réel ou sur une hypothèse technique documentée. RNCan note une allocation de croissance de 20 à 30 % comme considération pratique d’achat pour la capacité du compresseur ; l'allocation correspondante pour le système de canalisations doit être sélectionnée en fonction du projet plutôt que appliquée aveuglément.
La perte de charge est la différence entre la pression disponible en amont et la pression délivrée en aval. Dans un système d'air comprimé réel, la perte de pression se produit dans les tuyaux droits et dans les composants tels que les coudes, les tés, les vannes, les filtres, les sécheurs et les connecteurs. RNCan avertit spécifiquement que les joints, les coudes et les points de connexion créent des pertes de pression supplémentaires et fournit des données de référence de longueur équivalente pour les raccords courants.
Objectif d'ingénierie : traiter la chute de pression comme un budget système. Réservez suffisamment de pression pour le réseau de tuyauterie afin que l'équipement final reçoive toujours la pression requise sans forcer le compresseur à fonctionner à une pression de refoulement inutilement élevée.
· Pression de refoulement du compresseur
· Perte de pression dans le sécheur et les filtres
· Perte de pression dans la tuyauterie principale
· Perte de pression dans les conduites et raccords de dérivation
· Pertes de filtration/régulation au point d'utilisation
· Pression requise à l'entrée de l'équipement
La conception doit clôturer ce budget de pression avant que le diamètre final du tuyau ne soit sélectionné. Si la perte calculée est trop élevée, les options incluent l'augmentation du diamètre du tuyau, le raccourcissement du trajet d'écoulement, la réduction des raccords inutiles, l'amélioration de la disposition ou l'utilisation d'un dispositif de distribution en boucle, le cas échéant.
Ressources naturelles Canada publie un tableau de référence approximatif pour le débit d'air par 1 000 pieds de tuyau à une chute de pression de 1 psi. Ces valeurs sont utiles pour les comparaisons préliminaires, et non pour les calculs finaux du projet.
Diamètre nominal du tuyau | Env. Débit à 1 psi / 1 000 pieds (SCFM) |
1 dans | 36 |
2 po | 263 |
3 po | 431 |
4 po | 909 |
6 po | 2 679 |
8 po | 6 757 |
10 po | 14 286 |
Données de référence reproduites de Ressources naturelles Canada. Condition : débit d'air approximatif par 1 000 pieds de tuyau pour une chute de pression de 1 psi. À utiliser uniquement à titre de comparaison préliminaire ; confirmer le dimensionnement final avec des calculs spécifiques au projet.
Un calcul de conduite droite peut sembler acceptable alors que le système réel subit toujours une perte de pression excessive. La raison en est que chaque coude, té, vanne et connexion ajoute de la résistance. RNCan fournit des exemples de longueur équivalente : pour un tuyau nominal de 1 pouce, un coude à 90 ° est répertorié à environ 2,5 pi de tuyau droit équivalent ; pour un tuyau de 4 pouces, la même valeur de référence est d'environ 12 pieds. Il s'agit uniquement d'indicateurs et non de valeurs de conception de projet.
L'implication pratique est simple : lorsque l'on compare deux configurations avec des longueurs de tuyaux similaires, la configuration avec moins de virages restrictifs et des raccords mieux planifiés peut avoir une perte de charge totale plus faible.
Un réseau de branches à une extrémité fournit de l'air via un chemin principal. Un réseau principal en boucle crée plusieurs chemins possibles entre les sections du système. Pour une usine comportant plusieurs zones de production, une boucle peut aider à répartir le flux plus uniformément et à réduire la sensibilité à un seul long chemin sans issue, à condition que le diamètre du tuyau et la conception des embranchements soient appropriés.
Note de conception : une boucle ne résout pas automatiquement les problèmes de chute de pression. La boucle nécessite toujours un diamètre de tuyau adéquat, des dérivations équilibrées, des vannes d'isolement appropriées et une disposition qui reflète la demande réelle de production.
Le dimensionnement des canalisations et la gestion des fuites sont des tâches d'ingénierie différentes, mais toutes deux affectent la quantité d'air comprimé que l'usine doit produire. RNCan affirme qu'il n'est pas inhabituel que 20 à 30 % de la production d'un compresseur se manifeste sous forme de fuites d'air dans des installations industrielles typiques, et que des programmes proactifs de détection et de réparation des fuites peuvent réduire les fuites à moins de 10 % de la production d'air comprimé de l'usine.
Exemple de RNCan : un exemple de référence estime le coût du maintien d'une fuite de 100 cfm à 100 psi à environ 8 500 $ US par an dans le cadre d'une hypothèse de 4 250 heures de fonctionnement et d'un coût d'électricité de 0,10 $ US/kWh. Il s’agit d’un scénario illustratif et non d’un chiffre de coût universel ; les coûts réels dépendent de la pression, des heures, de l’efficacité du compresseur et du prix de l’électricité.
Une fois le diamètre et la disposition requis compris, la conception des matériaux et des connexions fait partie de la décision relative au cycle de vie. Pour la distribution industrielle d’air comprimé, les principales considérations incluent le comportement à la corrosion, l’état de la surface interne, l’intégrité des connexions, la méthode d’installation, l’accès pour la maintenance et la capacité d’étendre le réseau.
La documentation produit UPIPE répertorie son système de tuyauterie pour l'air comprimé, le vide et les gaz inertes tels que l'hélium, l'azote et l'argon , avec des tailles nominales de DN20 à DN200 et une pression de service répertoriée de 16 bars. Le catalogue met également en avant une conception de raccord pleine grandeur, une étanchéité active, une connexion par collier de serrage à anneau convexe et des fonctionnalités de connexion rapide.
Important : les évaluations des produits UPIPE sont des valeurs de documentation du produit. Les ingénieurs d'application doivent vérifier la configuration du produit applicable, la température, le fluide, les exigences locales et les conditions du projet avant de spécifier un système.
Considérons une ligne de fabrication avec un débit de conception maximal de 800 SCFM. Le chemin de distribution principal est suffisamment long pour que la perte de pression ne puisse pas être évaluée à partir du seul diamètre du tuyau ; les raccords, les vannes et les branchements doivent également être inclus.
1. Étape 1 : Confirmez la pression requise au point d'utilisation le plus exigeant.
2. Étape 2 : Définir un budget de perte de charge pour le réseau de distribution.
3. Étape 3 : Utilisez le tableau de flux publié uniquement comme écran préliminaire pour les diamètres candidats.
4. Étape 4 : Ajoutez les effets de longueur équivalente pour les coudes, les tés et les vannes et calculez la chute de pression totale.
5. Étape 5 : Comparez un arrangement à une extrémité avec un arrangement en boucle si plusieurs zones de production sont alimentées.
6. Étape 6 : Vérifiez la demande future, la stratégie de gestion des fuites et l'accès à la maintenance avant de sélectionner la configuration finale.
Le point important est que 800 SCFM ne correspondent pas automatiquement à une taille de tuyau « correcte ». Le diamètre correct dépend de la chute de pression admissible, de la longueur du tuyau, des conditions atmosphériques, de la configuration du raccord et de la pression d'utilisation finale requise.
UPIPE aborde la tuyauterie d'air comprimé comme un système de distribution complet plutôt que comme un ensemble de sections de tuyaux individuelles. Le catalogue de produits met l'accent sur les raccords pleine grandeur, l'étanchéité active, la connexion rapide et la configuration modulaire. Ces fonctionnalités sont destinées à prendre en charge les systèmes industriels où la vitesse d'installation, la fiabilité de la connexion et les modifications futures sont des considérations importantes.
Pour une demande de projet, l'UPIPE recommande de fournir les informations suivantes afin que la configuration de la tuyauterie puisse être évaluée plus efficacement :
· Pression de sortie du compresseur et capacité nominale du compresseur
· Pression de fonctionnement requise au niveau de l'équipement
· Demande d'air maximale et normale
· Longueur de la ligne principale et disposition des étages/zones de production
· Nombre de chutes et points de connexion des équipements majeurs
· Toute exigence particulière en matière de qualité de l'air, de température ou d'environnement
· Expansion future prévue ou lignes de production supplémentaires
Le dimensionnement des canalisations ne remplace pas le traitement de l’air. La norme ISO 8573-1 spécifie les classes de pureté de l'air comprimé en ce qui concerne les particules, l'eau et l'huile, et identifie également les contaminants gazeux et microbiologiques. La classe de pureté requise dépend de l'application. Par conséquent, le système complet doit considérer le compresseur, le sécheur, les filtres, le récepteur, la tuyauterie de distribution et le traitement au point d'utilisation comme un seul système.
Vérifier | Question d'ingénierie |
1 | Quelle pression doit être disponible au point critique d’utilisation ? |
2 | Quel est le débit d’air maximal de conception et quelle proportion de la demande est simultanée ? |
3 | Quel est le budget de perte de charge autorisé entre le compresseur et le point d’utilisation ? |
4 | Quelle est la longueur des lignes principales et secondaires ? |
5 | Combien de coudes, tés, vannes, filtres et connecteurs y a-t-il dans le chemin d'écoulement ? |
6 | Un agencement de distribution en boucle correspondrait-il mieux à la disposition de l'usine ? |
7 | Quelle allocation est nécessaire pour une expansion future ? |
8 | Quelle classe de qualité de l’air et quelles conditions environnementales s’appliquent ? |
9 | Comment les fuites seront-elles détectées et entretenues après la mise en service ? |
Le dimensionnement efficace des conduites d’air comprimé est un problème de gestion de la pression, et pas simplement un exercice de sélection du diamètre des conduites. L'ingénieur doit équilibrer le débit d'air de pointe, les limites de chute de pression, la longueur des tuyaux, les raccords, la disposition, les fuites, l'expansion future et les exigences en matière de qualité de l'air.
Les données publiées par RNCan fournissent des points de référence utiles : un système bien conçu devrait maintenir la perte de pression totale bien en dessous de 10 % de la pression de refoulement du compresseur ; chaque 2 psi supplémentaire de pression de décharge peut représenter environ 1 % de consommation d'énergie en plus dans ses conditions de référence ; et les fuites industrielles typiques peuvent atteindre 20 à 30 % de la puissance du compresseur. Ces chiffres montrent pourquoi la conception et la maintenance de la distribution méritent la même attention que le compresseur lui-même.
Pour les projets industriels utilisant des canalisations en aluminium, UPIPE propose un système modulaire couvrant les applications d'air comprimé, de vide et de gaz inerte, avec une documentation produit répertoriant les tailles DN20-DN200 et une pression de service de 16 bars. La sélection spécifique au projet doit toujours être vérifiée par rapport aux conditions d'exploitation réelles et aux exigences applicables.
Besoin d’aide pour revoir un schéma de tuyauterie d’air comprimé industriel ? Contactez l'UPIPE avec vos exigences en matière de débit d'air, de pression, de longueur de tuyau et d'aménagement de l'usine pour une discussion sur le projet.
