Le compresseur

Le compresseur
Guide de palanquée octobre 2014
Alain BOULLY
Rappel
Les gaz sont compressibles !
On part plonger avec 3000 litres d’air dans un
bloc de 15 litres s’il est « gonflé » à ??????
200 bars !
Facile !!!!!
Vous avez retrouvé la loi de ……
Mariotte
P1V1 = P2V2
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Principe du compresseur
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Et la suite …
Vous avez compris on répète l’opération,
Mais ….
Problème !
L’air comprimé en aval va offrir une résistance
de plus en plus grande,
et bloquer le système si on ne dispose pas d’une
puissance très très très importante.
Pour résoudre l’équation …
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Un rappel physique …
P = F/S
Si on veut limiter la force, il faut …..
diminuer la surface !
Les pistons deviendront donc de plus petits
diamètres.
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De plus …
Afin de profiter au mieux de la puissance
d’entrainement ….
les différents pistons auront des positions
opposées et donc complémentaires sur le
villebrequin.
On obtiendra ce type de disposition par exemple
…
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Remarques
La course du piston (H), s’établit entre le point
mort bas et le point mort haut.
1. H x surface du piston (π x r2) = volume du
cylindre,
2. Le Δ pression entre point mort haut et point
mort bas détermine le taux de compression.
Si dans 1er cylindre admission = 1 bar, sortie 6
bars par exemple, le taux = x6.
Pas obligatoirement identique entre étages.
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Problème !
Essai pompe à vélo !
Observation :
Toute compression entraine un échauffement !
L’échauffement très important va donc obliger à
introduire un système de refroidissement
entre les cylindres.
On y ajoute également un système de filtration
des liquides (huile, eau) et poussières.
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Refroidissement
Refroidir c’est échanger des calories.
Pour éliminer la chaleur générée par la
compression, on va :
• Augmenter la surface d’échange (serpentins,
ailettes)
• Refroidir serpentins et ailettes, à l’aide :
– d’un courant d’air,
ou
– d’un circuit d’eau.
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Conséquence du refroidissement
L’air ambiant aspiré est composé de :
• N2, O2, ….
• Gaz rares, et ….
• Vapeur d’eau !
Le refroidissement de l’air comprimé échauffé va
entrainer une ….
condensation,
de l’eau qu’il faut ABSOLUMENT éliminer !
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Décantation
Filtration
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Filtration en fin
Filtration à l’aide de :
• Charbon actif
=> huile et odeur,
• Tamis moléculaire
=> humidité,
• Feutre
=>poussières.
Tamis avant ou après le charbon ?
AVANT préserve propriété absorbante du charbon !
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Sécurité
• Manomètres de surveillance,
• Valves tarées et soupapes de sécurité,
• Clapets anti-retour,
• Arrêt coup de poing.
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En résumé
Composition d’un compresseur
• Moyen de compression
– cylindres + pistons + clapets,
• Moyen d’entrainement
– moteur,
• Moyen de refroidissement
– Serpentins, ailettes,
• Moyen de filtration et de purge
– de l’huile, de la poussière, de l’eau,
• Moyen de distribution
– circuit, rampe,
• Système de sécurité
– valves de surpression, manomètres, sifflet….
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Plusieurs types …
Après cela on peut imaginer différents types de
compresseurs en fonction de leur :
• Débit (m3/h),
• pression finale,
• nombre et disposition des cylindres,
• source d’énergie du moteur d’entrainement,
• type de refroidissement (air, eau).
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Plus théorique …
Lois physiques
Lien entre pression et volume c’est …
Mariotte … PV = Constante ou P1V1 = P2V2
Pour comprendre : il existe,
• une situation 1 où on mesure Pression et Volume
– P1 et V1
• une situation 2 où on mesure Pression et Volume
– P2 et V2
et le produit PxV dans les 2 situations est identique !
Si P1 x V1 = 1000 alors P2 x V2 = 1000 aussi,
et si la situation a changé car P2 a augmenté (x 10)
alors V2 a diminué du même rapport (divisé par 10).
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Exemple
• Situation 1 : P1=100b V1= 12litres
P1 x V1 = 1200
• Situation 2 : P2=1b (P1:100) V2= 1200litres (V1x100)
P2 x V2 = 1200
De cette formule on peut trouver P2 ou V2 de la
nouvelle situation (situation 2) :
P1 x V1 = P2 x V2 permet de dire
P2 = (P1 x V1) : V2
ou
V2 = (P1 x V1) : P2
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Lien entre pression et volume c’est …
• Mariotte …
=> P1V1 = P2V2
Mais
la compression générant une forte élévation de
température va provoquer une dilatation !
Quel effet sur ces 2 paramètres ?
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Lien entre T°, V, P d’un gaz … ?
• Loi de Charles => à pression constante le
volume augmente proportionnellement à la T°
V/T = Constante
• Loi de Gay-Lussac => à volume constant la
pression augmente proportionnellement à
l’élévation de sa T° absolue Kelvin (T° C + 273°)
P/T = Cste
ou P1/T1 = P2/T2
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Nota Bene
V/T se lit « Volume sur Température »
c’est-à-dire Volume divisé par la Température
V
soit V/T = ---T
Et également ….
P1/T1 = P2/T2 équivaut à
P1
---T1
moment 1
P2
= ----T2
moment 2
Et …. produit en croix : P1 x T2 = T1 x P2
Et déduire finalement P2 = (P1 x T2) / T1
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Exemple
A Chamagnieu vous prenez un bloc de 12l qui vient
d’être gonflé à 200b pour votre 2ème plongée. La T°
est de 24°C.
Quelle pression lors de l’immersion dans l’eau à 8° ?
P1/T1 = P2/T2
=> P2 =
(P1 x T2)
/ T1
= ((200 x (8+273)) / (24+273)
= (200 x 281) / 297
=
56 200
/
297
= 189 b
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En détaillant autrement …
Situation 1 on sait : P1 = 200b et T°1 = (24°C + 273K)
Situation 2 on sait T°2 = (8° + 273K)
On cherche la pression P2 à l’immersion dans l’eau à 8°!
P1/T1 = P2/T2
donc P2 = (P1 x T2)
/ T1
= ((200 x (8+273)) / (24+273)
= (200 x 281) / 297
=
56 200
/ 297
= 189 b
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ou alors, on fait autrement …on calcule d’abord
P1/T1 ….
P1/T1 = 200 : (24+273)
= 200 : 297
= 0,673
Donc P2 / T2 = 0,673 !
soit P2/(8+273) = 0,673
P2 / 281 = 0,673
Alors P2 = 0,673 x 281= 189b
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Exemple 2
Un bloc de 15 l gonflé à 200 b à 20 °C est exposé en
plein soleil. L’ air monte à une température de 60 °C.
Que se passe-t-il ?
P1/T1 = P2/T2
 P2 = P1 x (T2 / T1)
 P2 = 200 b x ((60 + 273) / (20 + 273))

= 200 b x
333
/
293
= 227 b
 Le bloc monte en pression de 27 bars (+14 %).
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Incidence en plongée ?
• Fausse sécurité
– Certitude d’avoir plus d’air que réellement,
– Risque de problème de planification,
– Voire risque de panne d’air.
Conduite à tenir
• Ne pas laisser le bloc en plein soleil,
• Laisser refroidir le bloc après le gonflage et
compléter si besoin.
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Gonflage
Réglementation
Réglementation
Textes Réglementaires
• Décret 99-1046 du 13/12/99
• Arrêté du 15 mars 2000 modifié en 2005
• Circulaire du 6 Mars 2006
Relatif à l’exploitation des équipements sous
Pression (Principales dispositions concernant
les bouteilles de plongée)
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Décret 99-1046 du 13/12/99
Relatif à la classification et à l’évaluation de
conformité des équipements sous pression
• L’exploitant doit porter immédiatement à la
connaissance du préfet :
– „ Tout accident occasionné par un équipement
sous pression ayant entraîné mort d’homme,
blessure ou lésions graves.
– „Toute rupture accidentelle d’un équipement sous
pression
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„Art. 8
„ Le personnel chargé de la conduite d'équipements
sous pression doit être informé et compétent pour
surveiller et prendre toute initiative nécessaire à
leur exploitation sans danger…
• „Consignes générales de chargement,
• „Consignes spécifiques à l’installation,
• „Conduite à tenir en cas d ’incident ou d ’accident.
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Art. 10
„L'inspection périodique :
• a pour objet de vérifier que l'état de l'équipement
sous pression lui permet d'être maintenu en service
avec un niveau de sécurité compatible avec les
conditions d'exploitation prévisibles.
• est réalisée sous la responsabilité de l'exploitant, par
une personne compétente …
– L’exploitant : le Président du club
– Personne compétente : le T.I.V.
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• Toute
inspection
périodique
donne
lieu
à
l'établissement d'un compte rendu mentionnant les
résultats de tous les essais et contrôles qui ont été
effectués.
– Nécessité de faire un rapport de visite et d’en conserver un
exemplaire en archives.
• Ce compte rendu est daté et signé par la personne
qui a procédé à l'inspection périodique. Le président
le date et signe.
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Art. 22
„L'intervalle maximal entre deux requalifications
périodiques est fixé à :
• „ deux ans pour les bouteilles pour appareils
respiratoires utilisées pour la plongée subaquatique,
• „ cinq ans pour les bouteilles pour appareils
respiratoires utilisées pour la plongée subaquatique
dont l'inspection périodique a été effectuée au
moins annuellement.
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Pour rappel …
TIV
requalif
Bloc plongée
1 an
5 ans
Tampon
40 mois
10 ans
remarque
inscrit TIV
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Gonflage
Affichage
Les personnes
Affichages
•
•
•
•
Plan d'évacuation,
Panneaux de signalisation de dangers éventuels
Emplacement des extincteurs
Tableau maintenance périodique
compresseur
Consignes :
• d'entretien préventif (facultatif)
• d'utilisation du compresseur du fabricant
(obligatoires).
• de gonflage (obligatoire).
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MFT …
• Consignes de gonflage,
– Chronologie des opérations pendant tout le temps
du gonflage
• Consignes d’entretien,
– Lubrification , nettoyage, condensats,
• Conduite à tenir,
– en cas de surchauffe, fuite,
• Affichage ou à disposition,
– Consignes diverses, manuel fabricant, entretien.
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Les personnes …
Dispositif sous pression = RISQUES !!!
donc
Uniquement les personnes autorisées qui :
• => connaissent les risques,
• => sont formés à l’utilisation,
• => sont formés aux conduites à tenir si problème.
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Vérification avant gonflage
•
•
•
•
•
•
•
•
Prise d’air extérieur => RAS
Niveau d’huile du compresseur => OK
Ventilation du compresseur => OK
Purge des blocs avant raccordement,
Purge des condensats si non fait,
fermeture des valves de vidange,
vérification gaz adéquat,
Contrôle pression de service du bloc, date de
ré-épreuve, OK.
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Marquage bouteille
•
•
•
•
•
Identité
Nom constructeur
Lieu année fabrication
N° d’ordre
Volume intérieur
Pression 1ère épreuve
•
•
•
•
Service
Désignation du gaz
Pression de service
Date dernière épreuve
Poids
Poinçon des mines ou organisme de certification
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Pendant
• 1 seule personne habilitée présente dans le
local,
• Vérification flexible anti-fouet,
• Contrôles filtres et durée utilisation,
• Purger régulièrement si manuel.
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Constats => questions …
• Excès de pression inter-étage => clapets ?
• Excès pression finale => pressostat ? Manomètre ?
• Défaut débit ou Pression => fuite purge ? Segments ?
Aspiration bouchée ? Clapets ?
• Échauffement => T° pièce ? Ailettes encrassées ?
• Excès de bruit => niveau huile ? Fixation tuyaux ?
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Compresseur ou tampons ?
Avantages tampons
• Fonctionnement du compresseur en l’absence
des plongeurs,
• Remplissage rapide,
• Peu de bruit.
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Questions …
Pour des champions …
Question 1
1 tampon 50l à 250b pour gonfler 2 blocs 15l où reste
75b. Pression dans les blocs après opération ?
Mouvement de hte P vers basse P jusqu’à équilibre !
1. Quantité air disponible ? (tampon + blocs)
1. (50x250) + (2x15x75) = 12 500 + 2 250 = 14 750
2. Volume total des contenants ? (tampon + blocs)
1. 50l + 30l = 80l
3. Pression ? (quantité totale air, divisée par volume
des contenant)
1. 14 750 / 80 = 184 b
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Question 2 (autre méthode)
Tampon 50l à 250b pour gonfler à 200b un bloc 12l où
reste 100b. Pression restante dans tampon après ?
1. Quantité air tampon ?
– 50 x 250 = 12 500
2. Quantité air bloc ?
– 12 x 100 = 1200
3. Quantité air dans tampon après gonflage ?
– 12 500 – 1 200 (pour gonfler bloc) = 11 300
4. Pression tampon après ?
– 11 300 / 50 = 226 b
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Question 3
Pression finale du bloc de 12l après gonflage
avec tampon de 50l à une pression à 250b ?
volume air total
• Pfinale = ---------------------volume contenant
(P1V1 + P2V2) 12 + 12 500
• Pfinale = ------------------- = --------------- = 201 b
V1 + V2
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Question 4
Combien de temps pour un compresseur de
5m3/h pour gonfler un bloc de 12l à 200 b?
5m3/h = 5000 litres / 60 min
5000 litres
Soit 5m3/h = -------------60 min
2400 : (5000/60) = (2400 : 5000) x 60 = 28 mn
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Gonflage avec 3 tampons
On dispose de 3 tampons de 30 litres, gonflés à 200
bars. On veut gonfler une bouteille de 15 litres à 190
bars, sachant qu'elle a actuellement une pression de
20 bars.
Utilisation des 3 tampons simultanément :
(3 x 200 x 30) + (20 x 15) / (3 x 30) + 15
= 18 300 / 105
= 174,28 bars
Donc l'objectif n'est pas atteint.
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Idem mais successivement
Utilisation des 3 tampons successivement :
- 1er tampon
200 x 30 + 20 x 15 / 30 + 15 = 140 bars
- 2ème tampon :
200 x 30 + 140 x 15 / 30 + 15 = 180 bars
- 3ème tampon
200 x 30 + 180 x 15 / 30 + 15 = 193 bars
Objectif atteint !
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Vous pouvez donc plonger …
Bonne chance à tous
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