LA FILTRATION

Table des matières

Rappels

Élimination de l'eau, des brindilles et insectes

Élimination des particules lourdes

Élimination des poussières

Élimination des condensât

Purges manuelles

Purges automatiques

Sécheur d'air

Sécheur à réfrigération

Filtration des vapeurs d'huile et des odeurs

Filtration de la vapeur d’eau résiduelle

Régénération automatique

Par chauffage

Par inversion alternée de flux

Filtration du gaz carbonique (CO2)

Filtration du monoxyde de carbone (CO)

Filtration par catalyse

Saturation des filtres

Surveillance du colmatage

Surveillance électronique

Filtration et pression

Déverseur

Clapets anti-retour

Filtration des particules

Filtration dans un compresseur

Tableau des filtres

Les petits compresseurs

Le contrôle de la qualité de l’air

Analyse de laboratoire

La valise de test

Livre d'or

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Rappels

Nous avons vu qu'en fonctionnement, le compresseur produit de l’eau, de l’huile, des particules et des oxydes métalliques, ainsi que de la calamine. C’est ce qu’on appelle la pollution endogène. (Intérieure au compresseur)

Mais, il peut aussi prélever dans l'atmosphère de l'eau, sous forme de vapeur ou de brouillard, des poussières ainsi que des gaz toxiques tels que CO, CO2 ou autres.

De plus, à la sortie, au cours des opérations de séchage et de filtration, l'air se charge de poussières fines corrosives ou abrasives, provenant de la désagrégation des produits qu’il traverse. C’est ce qu’on appelle la pollution exogène. (Extérieure au compresseur)

On peut croire qu'il suffit de placer un bon filtre à la sortie pour disposer d'air respirable. Mais les polluants sont produits tout au long de la chaîne de compression. Ils nuisent au bon fonctionnement de chaque étage du compresseur et empêchent la filtration de sortie de remplir correctement son office.

Il est donc nécessaire de répartir des dispositifs de filtration spécialisés, après chaque étage de la machine.

Élimination de l'eau, des brindilles et insectes

C'est le rôle de la prise d'air qui est le premier élément de la chaîne. Elle doit être placée dans un endroit exempt de polluants industriels. Elle comporte généralement un col de cygne pour éviter de collecter les eaux de pluie et une grille pour éviter les grosses brindilles, les insectes etc.

Élimination des particules lourdes

C'est un filtre optionnel qui n’est utilisé qu’en présence de sable ou autres particules de masse importante. Il fonctionne par centrifugation en forçant l’air à tournoyer, ce qui projette les particules sur une paroi d'où elles tombent dans un bol de récupération qu’il faut vider régulièrement.

On l'appelle souvent filtre "Cyclone". On trouve aussi des " chaussettes " en Nylon, à mailles très fines, qui jouent le même rôle.

Élimination des poussières

C'est le but du filtre d'entrée fourni avec le compresseur. Il est placé immédiatement à l’entrée du premier étage. Il intervient dans  la réduction des bruits d’aspiration mais il est surtout destiné à piéger les particules. Comme nous l'avons vu, celles-ci sont caractérisées par leurs dimensions et leurs masses.

Il fonctionne par rétention, il est constitué par une grille métallique fine, un conglomérat de billes de bronze (bronze fritté), de la céramique poreuse ou des épaisseurs de feutre, voire un papier spécial. La conception d'un tel filtre résulte d'un compromis entre son efficacité et la perte de charge qu'il provoque. Il ressemble souvent à un filtre de voiture quoique de diamètre généralement plus petit.

Chaque filtre est caractérisé par la dimension maximum des particules qui peuvent le traverser. Cela peut aller de quelques microns à quelques millimètres. Les filtres d’aspiration couramment utilisés permettent d’éliminer les particules supérieures à 10,5 voire 1 micron. Ils portent souvent le nom de filtres "Micronic".

Une autre caractéristique de ce type de filtre est leur transparence qui est le rapport entre la surface de passage de l’air et la surface totale du filtre. Cette transparence diminue au fur et à mesure que le filtre retient les particules. On dit alors que le filtre se colmate.

Dans ce cas, la perte de charge, c’est-à-dire la chute de pression qu’il occasionne à l’entrée du compresseur, provoque une chute de pression à la sortie et nécessite, au bout d’un certain temps d’utilisation, de le nettoyer ou de le changer.

Élimination des condensât

Nous avons vu que la présence de liquide dans les compresseurs présentait de nombreux inconvénients. C’est pourquoi les fabricants apportent un soin particulier à son élimination. La plus grosse partie des condensât est éliminée à l’aide de bouteilles de décantation qu’on appelle aussi décanteurs ou séparateurs.

Ils fonctionnent par coalescence. C'est un phénomène physique où la différence de température et l’attraction mutuelle regroupent les aérosols en gouttelettes plus grosses.

L’air chargé de vapeurs d'huile ou d'eau est projeté sur une paroi froide. Ces vapeurs s'y condensent et tombent ensuite, par gravitation, à la base du filtre où elles sont éliminées par des purges régulières. La figure 9 montre différents types de décanteurs. Le modèle à gauche est assez ancien. Le filetage de la cloche vieillit mal. Si vous le rencontrez, n'hésitez pas à le remplacer.


Figure 9      Différents types de décanteurs

Dans les modèles les plus récents, figure 9c, l'air traverse une cartouche munie sur sa périphérie de fibres synthétiques où se produit la coalescence. Ces filtres ont une particularité, en inversant l'entrée et la sortie, ils fonctionnent en filtres à poussière.

A la sortie du 1er étage, il n’est pas toujours nécessaire d'éliminer les condensât car les conditions de condensation de la vapeur d’eau ne sont pas réunies. Par contre, cela est indispensable à la suite de chacun des étages suivants.

Purges manuelles

La purge doit impérativement être effectuée, à titre indicatif, pendant 5 secondes toutes les 20 minutes et à chaque arrêt du compresseur. (Pour éviter les démarrages en charge) Les purgeurs manuels doivent être ouverts lentement pour éviter une trop brusque détente de l'air.

Ils peuvent être refermés sans précautions particulières, lorsque le compresseur est purgé en cours de fonctionnement ou, lorsqu'il s'agit d'un démarrage, dès que le moteur a atteint son régime normal.

Tout ceci impose des contraintes et peut faire craindre des oublis ou des fausses manoeuvres.

Suivant les recommandations de la norme EN1012-1 : 96, paragraphe B1.4. Les purges manuelles doivent être effectuées dans l'ordre des pressions décroissantes. Sinon des dégâts peuvent se produire.

Purges automatiques

Elles permettent surtout de pallier les oublis qui peuvent être dangereux pour le matériel et donc de réduire la surveillance. Il est préférable de prévoir ce système dès l’achat d’un compresseur, car la modification coûte plus cher qu'un investissement initial.

La fréquence et la durée des purges sont commandées automatiquement. Il existe plusieurs systèmes pour réaliser cette fonction, par exemple avec des électrovannes ou par des flotteurs lorsque la pression de refoulement ne dépasse pas 16 bars.

Pour les pressions supérieures, chaque décanteur est relié à une vanne à commande pneumatique, pilotée par la pression du premier ou du deuxième étage du compresseur ou bien hydraulique, pilotée par la pression d'huile.

Les vannes à commande pneumatique peuvent être indépendantes ou solidaires. Elles sont généralement alimentées en cascade. (Voir figure 10) L'électrovanne de commande peut elle-même servir de purge.

Nous décrivons ici le système CompAIR-Luchard à commande électrique et pneumatique.

L'ensemble du système est composé :

- D'un "séquenceur électronique".

- D'une électrovanne 

- D'un bloc de purge à commande pneumatique.

Lorsque le compresseur est mis en marche, l'électrovanne est mise sous tension ce qui permet le passage de l'air de pilotage (prélevé au refoulement du 1er étage) vers le bloc de purge.

Le bloc de purge est ainsi mis sous tension. Le clapet A ferme l'orifice de purge de la bouteille de décantation B2. Le clapet B, sous l'effet de la pression de l'air provenant de B2, ferme l'orifice de la bouteille B3. Le clapet C, sous l'effet de la pression de l'air provenant de B3, ferme l'orifice de la bouteille B4.

Le processus inverse se déroule quand l'excitation de la bobine de l'électrovanne est coupée par l'ouverture du circuit d'alimentation provoquée par le programmateur.

Le tiroir de l'électrovanne s'écarte alors ce qui provoque successivement : l'échappement de l'air de pilotage, l'ouverture dans l'ordre des clapets A, B et C et la purge des bouteilles B2, B3 et B4 par les échappements correspondants.

Le prochain démarrage du compresseur s'effectue à vide. Ceci permet au moteur d'atteindre son régime normal, donc son couple nominal, avant que les purges ne se referment sous l'effet de la pression de l'air de pilotage.

Figure 10    Purges automatiques

 

Remarques :

L'arrêt manuel ou automatique du moteur ou encore une interruption accidentelle du courant provoque le même processus. Il y a donc purge automatique à chaque arrêt du compresseur.

Lors de la récupération des condensât, les tuyaux de purge aboutissent souvent directement dans le réservoir de collecte. Ceci a l'inconvénient d'être bruyant et de laisser échapper une partie des condensât, dans l’atmosphère, sous forme d'aérosol.

Pour pallier ces inconvénients, la sortie du listeau collecteur est reliée par un ajutage à un séparateur centrifuge. (Voir figure 11) Celui-ci sert à séparer l'air de la partie liquide. L'excès d'air s'échappe à l'air libre à travers un silencieux parfois intégré au séparateur comme dans la figure 11a.

L'ajutage, en limitant le débit, empêche les coups de béliers qui détruiraient le séparateur ou le silencieux.

Le bol du séparateur est muni, à sa base, d'un clapet solidaire d'un flotteur. Lorsque le flux de condensât et d'air arrive, il pousse le flotteur vers le bas ce qui ferme la soupape.

L'air s'échappe alors par le silencieux. Dès que le flux s'interrompt, le flotteur remonte et les condensât s'écoulent par gravitation vers un réservoir facile à transporter.

On notera que lorsqu'un clapet piston se bloque en position ouverte, une fuite permanente se produit aux purges. La pression normale de sortie ne peut alors être obtenue.

Si le filtre se colmate, la pression peut détruire le séparateur. Pour éviter cela, on équipe parfois le système d'une soupape de sûreté basse pression.

Le niveau maximum de condensât dans le réservoir doit être repéré car il conditionne le bon fonctionnement du système.

Le réservoir de récupération peut être équipé d'un avertisseur de niveau et même d'un dispositif d'arrêt automatique du compresseur lorsque le réservoir est plein.

Figure 11    Récupération des condensâts

Sécheur d'air

Nous avons dit que les décanteurs avaient des performances limitées et que ceci nuisait à la qualité du filtrage final. Lorsqu'on veut obtenir des performances encore meilleures, on peut utiliser un sécheur.

Nous savons que le fait de comprimer et de refroidir l'air permet d'éliminer une partie de la vapeur qui y est contenue. Pour ôter une partie encore plus importante de cette vapeur, on peut tout simplement continuer à refroidir l'air.

Sécheur à réfrigération

L'objectif est d'abaisser la température au voisinage de 0°C, en général +2 à + 3°C, à la pression la plus élevée possible et d'évacuer la vapeur d'eau condensée.

A cet effet, on utilise un groupe de refroidissement, du type réfrigérateur, avec un échangeur. Après le refroidissement, un décanteur muni d'une purge automatique retient puis évacue la vapeur d'eau condensée. (Voir figure 12)

Ce type de sécheur est utilisable à toutes les pressions en fonction de sa construction. (Tenue mécanique des composants) Il se met souvent à la sortie du compresseur, avant le séparateur final. Il permet de multiplier par 5 la durée des filtres.

Figure 12    Sécheur d'air par réfrigération

Il est cependant peu courant de le voir appliqué à des stations de gonflage destinées à la plongée de loisir. En effet, il coûte au moins 4 fois plus cher en investissement qu'un séchage par adsorption que nous verrons plus loin. Par contre, celui-ci occasionne des frais de fonctionnement plus importants.

Filtrage des vapeurs d'huile et des odeurs

On peut trouver des filtres spécialisés et séparés pour chaque polluant, c'est le cas du système Kalitair des compresseurs CompAIR-Luchard ou bien, des colonnes qu'on appelle aussi tours de filtrage ou filtres composites qui contiennent des couches filtrantes successives spécialisées.

Ces couches sont disposées suivant un certain ordre qui peut varier d'un fabricant à l'autre. Il est cependant important de savoir que l'air doit impérativement être déshuilé avant le séchage final car l'huile a tendance à colmater les filtres suivants.

C'est la raison pour laquelle, cette partie du filtre est toujours placée au début du système de filtration finale.

L'huile est facile à piéger, que ce soit sous forme liquide, d'aérosol ou de vapeur. Depuis longtemps, on utilise le charbon actif parce qu’il est universel.

Il élimine l'huile mais aussi les solvants, les fumées, les aérosols, les hydrocarbures, l’ammoniac et les odeurs associées. Par contre, il perd beaucoup de ses propriétés en présence d’eau et produit des particules.

L’huile peut également être piégée sous forme liquide ou d'aérosols avec une grande efficacité par des cartouches filtrantes en matériaux composites. Ces dernières, si elles n’offrent pas les même garanties que le charbon actif, permettent une grande autonomie, de plusieurs centaines d’heures. Dans les deux cas, l’air doit être suffisamment sec.

La figure 13 montre différents types de filtres. Comme pour les décanteurs, le modèle à gauche est ancien. Le filetage de la cloche vieillit mal. Si vous le rencontrez, surtout, remplacez-le.

Filtrage de la vapeur d’eau résiduelle

On a beau presser une éponge, il y reste toujours un peu d'eau. De même, malgré les décanteurs, l'air à la sortie finale en contient toujours un peu.

Pour l'éliminer, on procède par adsorption. C’est la solution la plus courante sur les compresseurs utilisés en plongée de loisir. Elle consiste à faire passer l'air à filtrer à travers une multitude de billes d'un produit dessicatif. (Présentant une grande surface)

Les différents produits sont placés dans une tour cylindrique dans laquelle on fait passer l'air à sécher ou à déshuiler en régime turbulent pour favoriser leur fixation. (Voir figure 13)

Les molécules de contaminant se fixent sur la surface du solide. C'est un phénomène purement physique lié à l’attraction et la rétention de molécules gazeuses et liquides à la surface d’un solide.

Il ne faut pas confondre l'adsorption qui est l'adhésion ou la concentration de substances dissoutes ou dispersées à la surface d'un corps avec l'absorption qui est, par exemple, celle de la lumière par l'eau.

Après l'élimination de l’huile on utilise une cartouche d’alumine activée, de gel de silice "Silicagel" ou de tamis moléculaire qui fixent bien la vapeur d’eau. L'air sec ainsi obtenu permet une filtration bien plus efficace des autres polluants.

L'inconvénient des filtres par adsorption est qu'ils se saturent rapidement en eau et ont donc une autonomie relativement faible, de 10 à 150 h suivant le débit des compresseurs et du volume de dessicatif prévu par le constructeur.

Il faut noter que l'efficacité des filtres diminue aussi avec la température, sauf pour les tamis moléculaires qui y sont moins sensibles.

Fogure 13    Différents types de filtres

Régénération automatique

Pour réduire la quantité de vapeur d'eau encore contenue dans l'air, tout en palliant la faible autonomie des sécheurs à adsorption, il est possible de leur faire subir une régénération automatique. Sinon ils peuvent être d'un coût d’exploitation élevé. La régénération peut se faire de deux façons :

Par chauffage

Elle consiste à régénérer le filtre en élevant sa température à plus de 300°C. L'alumine est ainsi réactivée et le tamis moléculaire est débarrassé, par vaporisation, de l'eau qu'il a adsorbée.

L'élévation de température à l'intérieur de chaque tour est produite grâce à une résistance chauffante. On procède en plus à un léger balayage en sens inverse avec de l'air sec, prélevé en aval de la tour en fonctionnement.

Par inversion alternée de flux

Dans ce cas, la régénération se fait uniquement par un balayage en sens inverse au séchage, avec un flux d'air sec détendu, prélevé en aval de la tour en fonction. Le système utilisé se compose de deux filtres, l'un sèche l'air pendant que l'autre est en phase de régénération.  (Voir figure 14)

Le cycle d'inversion se situe généralement entre 10 et 20 minutes. Il commence par une ouverture rapide à l'air libre pour chasser rapidement l'eau qui se trouve en surface du média filtrant. Puis on laisse fuir lentement pour éliminer les polluants adsorbés en profondeur.

Figure 14    Régénérateur par inversion de flux

Remarques :

A noter que le premier système (avec chaleur) est en général utilisé en aval de compresseurs basse pression. Le second système est lui préféré pour être placé après des compresseurs moyenne et "Haute Pression".

Il est en effet facile de profiter de l'écart de pression régnant entre les deux tours et pouvoir ainsi régénérer le produit dessicatif avec 4 à 10% du débit traité.

Les éléments de filtrage qui suivent sont la plupart du temps regroupés dans une cartouche interchangeable montée à l’intérieur d’une colonne "Haute Pression".

 

Filtrage du gaz carbonique (CO2)

Les compresseurs mis à la disposition des utilisateurs, utilisés avec les lubrifiants préconisés, ne génèrent ni CO, ni CO2. La teneur de ces deux polluants est donc la même au refoulement du compresseur, avant filtrage, que dans l'air aspiré.

La teneur en CO2 de 330 ppm dans l'air normal peut atteindre 800 ppm en zone industrielle ou urbaine, par temps couvert. Ce gaz peut être partiellement piégé par du tamis moléculaire, par le phénomène d'adsorption. A noter que le seuil de 1000 ppm, fixé par certaines normes, ne se trouve pas dans une ambiance normale.

Le tamis moléculaire (billes blanches) fixe bien le CO2. Il est d’ailleurs le seul à le faire efficacement. Si son utilisation ne présente aucun risque, on ne peut toutefois pas déterminer ses limites d'adsorption.

Avant l'emploi, ce produit très avide d'humidité devra donc être régénéré par un passage au four à 250°C pendant 10 à 15 minutes, par exemple. Comme on le voit, sa régénération est aisée.

Il est dorénavant préféré aux autres parce que son pouvoir adsorbant est stable en fonction de la température et que sa présentation, sous forme de billes très dures, limite la génération de poussières. 

L'élimination complète du CO2 n'est pas indispensable. Même si ce gaz est impropre à la vie sous de forte pression partielle, sous faible pression partielle, il peut être utile en provoquant le réflexe inspiratoire.

Il faut cependant noter que, le CO2 produit par la respiration du plongeur est généralement plus que suffisante.

Filtrage du monoxyde de carbone (CO)

Bien qu'inexistant dans l'air naturel, la teneur en CO dans l'air atmosphérique est de 1 à 5 ppm, suivant le degré d'industrialisation ou d'urbanisation du site.

Filtrage par catalyse

C’est un procédé chimique. Il consiste à transformer le CO en CO2 moins dangereux et plus facile à éliminer.

Les produit utilisés comme catalyseur l'hopcalite ou la chaux sodée présentent cependant le grave inconvénient de ne pas être stables et de libérer des gaz toxiques, en  présence d'humidité. De toute façon, dans ce cas ils perdent toutes leurs propriétés.

De plus, on ne maîtrise ni leur autonomie, ni leur capacité à catalyser, en fonction de la teneur en CO à l'amont, ni la quantité de CO2 restituée à l'aval. La solution parfois retenue, consiste à ne pas traiter ce polluant que l'on ne trouve d'ailleurs pas souvent à la concentration de 15 ppm admise par plusieurs normes.

Il est indispensable de se protéger contre la présence d’eau dans ce type de filtre. En général le produit est placé dans le haut d’une colonne de filtrage au-dessus d’un tamis moléculaire. Le lit de ce produit se sature en eau progressivement de bas en haut.

Il faut donc remplacer la cartouche filtrante avant que la saturation en eau n’atteigne le haut du tamis moléculaire ou du gel de silice. Malheureusement cela ne peut être déterminé facilement et l'on est obligé de prendre des marges considérables.

Saturation des filtres

Chaque filtre est caractérisé par la quantité de polluant qu’il peut fixer. Lorsque la saturation est atteinte, le produit utilisé doit être remplacé ou réactivé à haute température.

Un problème peut apparaître avec certains corps qui, à la saturation, libèrent de grosses quantités du polluant qu’ils sont chargés de fixer. On dit alors qu’ils désorbent. Il ne faut donc pas attendre la saturation avant de les remplacer. (Désorber est le contraire d'adsorber)

Les tamis moléculaires par exemple, lorsqu’ils atteignent la saturation en eau, désorbent  en masse, (libèrent d’un seul coup) une grosse partie des contaminants qu’ils avaient retenu, par exemple le CO2.

Surveillance du colmatage

Nous l'avons vu, les filtres se colmatent au fur et à mesure qu'ils se chargent de contaminants et provoquent une chute de pression. Il est difficile, à un moment donné, de connaître leur état, aussi, de plus en plus, on dispose de dispositifs de surveillance.

On utilise, par exemple, des manomètres différentiels qui, comme leur nom l'indique, permettent de mesurer la différence de pression entre l'entrée et la sortie et ainsi de changer le média filtrant lorsque la chute de pression devient trop élevée.

Ces manomètres peuvent être à aiguille comme ceux que nous rencontrons couramment. Mais on utilise aussi des capteurs électroniques différentiels qui associés à un microprocesseur assurent la surveillance de l'ensemble de la filtration. Ils donnent notamment une préalarme et éventuellement arrêtent le compresseur lorsque l'un des filtres est colmaté.

 Le colmatage, n'est pas toujours significatif de la perte d'efficacité d'un filtre. En effet, un filtre peut, par exemple, être saturé en eau sans être colmaté.

Surveillance électronique

Il existe des détecteurs électroniques, le "Sécutronic" de CompAIR-Luchard ou le "Sécurus" de Bauer qui mesure la résistivité du tamis moléculaire un peu avant le haut de la colonne.

Quand, en présence d'humidité, la résistivité descend au-dessous d’une valeur programmée à l’avance, le système donne une préalarme indiquant qu’il est temps de changer la colonne. Si la résistivité descend encore, le compresseur est arrêté, évitant ainsi que l'eau n'atteigne l'hopcalite, s'il existe.

 Le système est auto surveillé de façon que tout dysfonctionnement arrête le compresseur ou l’empêche de démarrer.

Remarques :

Après avoir vu les différents types de pollutions possibles, on ne s'étonnera pas de trouver, après le décanteur final, soit une batterie de filtres spécialisés, soit une colonne de filtration composite. (Voir figure 13c)

Si la pression aval diminue, les filtres se désaturent lentement et envoient les polluants dans les canalisations de distribution de l'air. A la prochaine mise en marche, ils sont alors envoyés dans les bouteilles à remplir.

Il est donc souhaitable, de temps en temps et pendant un certain temps, de purger les filtres vers l'extérieur dans le but de les désaturer et d'en augmenter ainsi la durée de vie. De plus la présence éventuelle d'eau permet de détecter un mauvais fonctionnement des décanteurs.

Il ne faut cependant pas oublier de refermer ces purges, sinon les filtres se resaturent avec l’humidité ambiante.

Ces purges peuvent éventuellement être automatisées.

Lorsque la vanne de purge est commune à plusieurs filtres, il est nécessaire de disposer un clapet anti-retour à la sortie de chacun d'entre eux pour éviter les remontées de condensât de l'un vers l'autre.

Filtrage et pression

Dans un compresseur, pendant le gonflage, les pressions montent d'autant plus lentement que les capacités à remplir sont importantes. Ceci peut nuire au fonctionnement de la machine, à la qualité de la filtration ainsi qu’à la durée de vie des tampons et des bouteilles de scaphandre.

En effet :

1) Certains systèmes de lubrification du dernier étage consistent à envoyer de l'huile sous pression entre le cylindre et le piston. A la mise en marche, la pression au-dessus du piston est faible, l'huile sous pression remonte alors dans le haut du cylindre, puis vers la soupape de refoulement et se retrouve enfin dans l'air de sortie.

2) Au début du gonflage, les 2 ou 3 derniers étages ne jouent qu'un rôle de transfert. L'air s'y refroidi et une partie de la vapeur d'eau s'y condense. Il y a alors risque de grippage des pistons.

3) Toujours en début de gonflage, une bonne partie de la vapeur d'eau atteint la sortie du compresseur sans se condenser dans les bouteilles de décantation car la pression y est insuffisante. Une partie de cette vapeur d'eau va donc se fixer dans les filtres et leur durée de vie en sera réduite. Le reste va se condenser dans les tampons ou les bouteilles à charger y provoquant de l’oxydation. Cette eau peut aussi provoquer le givrage des détendeurs des plongeurs.

4) A faible pression, à débit d’air détendu égal, la vitesse de l'air dans les filtres est grande et la pression partielle des polluants est faible. Ils ont donc moins de temps et plus de difficultés pour se fixer.

5) Au démarrage, le dernier étage à piston libre est très bruyant car, n’étant pas maintenu par la pression, il vient taper sur le piston guide et la culasse tant que la pression est insuffisante.

Déverseur

Pour pallier les défauts que nous venons de voir, il faut que les pressions maximum soient atteintes, aussitôt que possible, dans les différentes parties du compresseur. C'est le rôle du déverseur appelé aussi pressuriseur ou système de maintien de pression.

Il consiste en un clapet de retenue, taré, placé à la sortie du filtrage pour maintenir en amont une pression de 100 à 250 bars. (Voir figure 15) L'air ne franchit ce clapet que si la pression est suffisante.

Il fonctionne comme un déversoir sur une rivière. Tant que le niveau (ici la pression d’air) n’a pas atteint la hauteur du déversoir, l’eau ne passe pas. Mais dès que celle-ci est dépassée le débit de la rivière redevient normal. En utilisant un déverseur, la pression en amont monte très rapidement, dés la mise en marche.

Figure 15   Déverseurs : schéma de principe et réalisations

En conséquence :

1) Dans le cas d'une lubrification entre cylindre et piston, la forte pression repousse l'huile vers le bas du cylindre. Celle-ci ne se retrouve donc pas dans l’air de sortie.

2) L'air s'échauffe rapidement dans les cylindres et les conditions de condensation ne sont pas remplies. Il n'y a donc pas d'eau envoyée dans les étages suivants et, par conséquent, pas de risque de grippage des pistons.

3) La plus grande partie de la vapeur d'eau se condense dans les décanteurs et donc ni dans les filtres ni dans les bouteilles à charger.

4) A débit égal d’air détendu, plus la pression partielle de polluant est élevée, plus la vitesse de passage dans le filtre est lente et plus son efficacité est grande.

5) Au démarrage, la durée des claquements du piston libre, quand il y en a un, est réduite. Cette durée, quand elle excède quelques dizaines de secondes peut constituer un symptôme de disfonctionnement du déverseur ou de fuite dans le circuit d'air.

Clapets anti-retour

Pour que la montée en pression soit plus rapide, il est quelquefois préférable de ne pas purger la colonne de filtrage à chaque fois que le compresseur est arrêté, surtout si son volume est important. Ceci est obtenu en disposant un clapet anti-retour en amont, juste avant le filtre. (Voir figure 16)

Le deuxième clapet anti-retour, placé après le déverseur, a pour but d'éviter de vider les bouteilles en charge quand on purge le filtre.

Remarques :

- En présence d’un déverseur en bon état, au démarrage du compresseur, on doit constater que la pression de sortie du dernier étage monte d’abord rapidement, puis plus lentement lorsque le déverseur s'ouvre et alimente les tampons ou les bouteilles.

- Par contre la pression en aval du déverseur est faible au démarrage, puis dés que la pression du déverseur est atteinte la pression suit celle de sortie du dernier étage.

- Les éléments ci-dessus sont parfois associés, comme on peut le voir sur la figure 16, de façon à faciliter la maintenance et limiter le coût.

Figure 16   Clapet anti-retour, manomètre, déverseur

 

Le système complet peut comprendre (Voir figure 17) : un clapet anti-retour en sortie du compresseur, un déverseur et un clapet anti-retour en sortie du filtre, un ou deux manomètres de contrôle et un système de dépressurisation pour permettre une maintenance sans danger.

Dès que le déverseur est ouvert, la différence de pression entre les deux manomètres donne une indication sur le colmatage du filtre.

En résumé :

Le déverseur et les clapets anti-retour protègent le compresseur, les bouteilles, les détendeurs et améliorent les performances du système de filtration ainsi que sa durée. Ils sont donc utiles sur tous les compresseurs.

Au regard de ces avantages le prix, entre 100 et 200 euros, est négligeable. Les compresseurs récents, en sont pratiquement tous équipés. Par contre quelques modèles anciens gagneraient à l'être.

 

Figure 17   Filtration avec déverseur

Filtration des particules

Nous avons vu que les filtres constitués de tamis, comme ceux que nous rencontrons dans les colonnes de filtrage libèrent des particules. On est donc amené à ajouter des filtres appropriés aux différents niveaux de filtration et notamment dans le filtre final juste avant la distribution de l’air comprimé.

Ces filtres sont constitués généralement de feutres maintenus entre des plaques de métal ajouré. Dans les tours de filtrage, ils servent en même temps de séparateurs entre les différentes couches de média filtrant.

Filtration dans un compresseur

La figure 18 donne un exemple des éléments principaux que l’on peut trouver le long du circuit de l’air dans un compresseur. Les utilisateurs ont intérêt à bien les connaître pour les surveiller, détecter et évaluer l’importance des pannes.

Le tableau des filtres indique leur objectif, leur principe, les moyens utilisés et leur localisation dans le compresseur.

Figure 18    Filtration dans un compresseur

TABLEAU DES FILTRES
Objectif de la filtration
Principe
Moyen
Localisation
Particules, eau de pluie Rétention mécanique Grillage Gravitation Prise d'air
Particules lourdes Rétention mécanique Centrifugation, gravitation Entrée du compresseur
Poussières Mécanique Papier filtre Entrée du compresseur
Huile et eau<0,01m Coalescence Décanteur Après chaque compression
Vapeur d'eau<0,11mg/m3 Adsorption Alumine activée ou gel de silice Après décanteur final
Odeurs, huile, solvants, hydrocarbures, ammoniac Adsorption Charbon actif Après décanteur final
CO2 et Vapeur d'eau<500ppm Adsorption Tamis moléculaire Après décanteur et déshuilage
CO <5ppm Catalyse Chimique Après séchage final
Poussières <5m Rétention mécanique Feutre, céramique ou bronze fritté Après chaque filtre et en sortie finale

 

Les petits compresseurs

Sur les petits compresseurs et notamment sur les portables, la filtration finale peut être simplifiée et comprendre simplement un décanteur suivi d’une cartouche contenant du charbon actif compris entre 2 filtres de particules constitués par du feutre ou parfois un filtre composite Triplex. (A trois composants)

Cette cartouche absorbe l’huile, la vapeur d’eau, le CO2, arrête les particules et restitue théoriquement un air pur et insipide. (Sans goût ni odeur) Bien entendu sa durée de vie est courte et la cartouche doit souvent être changée ou rechargée avec du charbon réactivé. La cartouche Triplex de chez Bauer permet de traiter 160 m3 d’air, c’est à dire de gonfler 80 bouteilles de 10 litres à 200 bars.

Le contrôle de la qualité de l’air

Depuis longtemps, les hommes savent que certaines atmosphères peuvent être dangereuses. Autrefois, dans les carrières souterraines, les mines, les puits, on utilisait suivant le cas, des animaux qui servaient de cobaye ou parfois une simple bougie, au niveau du sol, pour détecter la présence de gaz carbonique.

Certains gaz sont détectables par leur odeur, d’autres ne le sont que par les symptômes qu'ils provoquent tels que l’irritation des muqueuses ou leur effet lacrymogène. Aujourd’hui l’analyse chimique en laboratoire permet de quantifier les composants de l’air avec une très grande précision mais cela prend du temps et coûte cher. Les utilisateurs de compresseurs doivent s'assurer du respect des normes. Pour ce faire, plusieurs moyens sont à leur disposition :

Analyse de laboratoire

 On peut confier l'analyse à un laboratoire spécialisé tel que :

- Le Laboratoire National d'Essai.

- Le CERCHAR.

- L'IRCHA.

- Les "APAVE"

- L'AIR LIQUIDE etc.

Les moyens de mesures mis en oeuvre, dans ce cas, sont importants. Les délais sont longs et les coûts élevés, un centaine d'euros par polluant analysé. Les moyens généralement utilisés sont, en fonction du contaminant :

-       Pour le CO : La chromatographie en phase gazeuse.

-      Pour le CO2 : L'absorption d'un faisceau de radiations infra rouges non dispersé.

-      Pour l'Huile : La mesure de la teneur en huile ne peut s'effectuer qu'au moyen d'un filtre à haute efficacité, papier amianté ou charbon actif, à partir duquel les traces d'huile recueillies pourront être dosées.

-      Pour l'Eau : De nombreuses méthodes peuvent être utilisées. Celle généralement retenue par les laboratoires est une méthode électrique utilisant une sonde à variation de constante diélectrique d'un isolant, avec lecture directe sur un galvanomètre. Cette mesure donne des résultats différents suivant la pression à laquelle elle est effectuée. La sonde doit être calibrée ou étalonnée fréquemment.

L'utilisation à poste fixe d'un tel système sur un réseau d'air comprimé en constante variation de pression ne peut être considérée comme un moyen fiable d'arrêt d'un compresseur ; encore moins comme un élément de sécurité garantissant la bonne qualité de l'air face à toutes les  normes. C'est seulement une bonne indication.

Remarque :

En raison de leur coût, ce genre de mesure est réservé aux concepteurs de filtres, de compresseurs et aux organismes de contrôle officiels.

La valise de test

Il existe par contre des équipements plus simples et moins coûteux. Ils utilisent la propriété de certains corps de changer de couleur en fonction de la nature et de la quantité de gaz avec laquelle ils sont en contacts. Ils se présentent généralement sous forme de mallettes facilement transportables. Certains revendeurs peuvent effectuer ces tests pour les clubs et centres de plongées.

Leur principe et le même que celui de l'Alcootest. Il consiste à faire passer une certaine quantité de gaz, via un indicateur volumétrique, à travers une ampoule étalonnée contenant un réactif spécialisé  fonction de la nature du gaz recherché. La longueur de la colonne de réactif qui a changé de couleur et/ou la couleur elle-même indiquent la concentration dans le volume testé.

La lecture, notamment, de la teneur en humidité absolue est directe. L'évaluation de la teneur en huile se fait par colorimétrie alors que les autres composants sont mesurés sur des éprouvettes graduées. Ils ne détectent que les gaz ou vapeurs, pas les contaminants solides. Les résultats obtenus s'ils ne sont pas d'une précision rigoureuse permettent une approche suffisante pour s'assurer de la conformité aux normes.

La mesure du volume d’air peut être réalisée grâce à un détendeur débitant pendant un certain temps à travers un trou calibré. Il peut aussi être constitué par un soufflet, de volume connu, que l’on actionne manuellement, un nombre connu de fois ou encore par une pompe volumétrique fonctionnant pendant un temps préétabli.

Ce système, pour un investissement entre 1000 et 2500 euros et quelques dizaines d'euros par polluant analysé, permet des analyses fréquentes et faciles à réaliser. Voir à ce sujet la valise "AIR-LAB" de BAUER. Elle est très automatisée et permet de réaliser une analyse complète (eau, H2O ; gaz carbonique, CO2 ; monoxyde de carbone, CO ; acide sulfhydrique, H2S; anhydride sulfureux, SO2 ; huile) le tout en 1 heure environ.

Remarques :

-         Il existe des systèmes de surveillance électronique de la teneur en eau qui permettent de signaler tout excès ou d'arrêter le compresseur.

-         Seule une évaluation aussi fréquente que possible de la qualité de l'air permet de garantir l'utilisateur contre les risques de pollution.

 

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