Compresseur mécanique
Un compresseur mécanique est un organe mécanique destiné à augmenter la pression d'un gaz, et donc son énergie.
Il existe également des compresseurs sans aucun organe mécanique, ce sont les thermocompresseurs[1], plus communément appelés éjecteurs.
Pour exercer la même fonction sur un liquide, quasi incompressible, on utilise une pompe.
Utilisation
modifierLes compresseurs mécaniques sont utilisés dans les automobiles, les avions mais aussi sur les bateaux à moteur, dans l'industrie pour produire de l'air comprimé[2], dans les systèmes frigorifiques[3], ainsi que dans d’innombrables autres domaines[4].
Un simple ventilateur peut être considéré comme un compresseur mécanique.
Compresseur rotatif
modifierCentrifuge
modifierLes compresseurs centrifuges agissent principalement par accélération centrifuge d'un flux de fluide, on les retrouve également dans les turbines à gaz, turboréacteurs, turbocompresseurs.
Axial
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Le compresseur axial est un compresseur dont le flux d'air suit l'axe de rotation. Le compresseur axial génère un flux continu d'air comprimé[5] et fournit un rendement élevé pour une masse volumique donnée et une section donnée du compresseur. Il est nécessaire d'avoir plusieurs étages de pales pour obtenir des pressions élevées et des taux de compression équivalents à ceux d'un compresseur centrifuge.
À palettes
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Le compresseur à palettes est un compresseur dit à rotation.
Il est constitué d'un stator cylindrique dans lequel tourne un rotor excentré. Ce dernier est muni de rainures radiales dans lesquelles coulissent des palettes qui sont constamment plaquées contre la paroi du stator par la force centrifuge.
La capacité comprise entre deux palettes est variable. Devant la tubulure d'aspiration, le volume croît : il y a donc aspiration du gaz. Ce gaz est ensuite emprisonné entre deux palettes et transporté vers la tubulure de refoulement. Dans cette zone, le volume décroît et le gaz comprimé s'échappe dans la tuyauterie de refoulement.
Deux conceptions de compresseur existent :
- fonctionnement avec lubrification : les palettes sont en général en acier et l'huile, outre la diminution du frottement entre palettes et stator, assure l'évacuation des calories et améliore aussi l'étanchéité au niveau des contacts palettes/stator. Dans cette configuration, le gaz comprimé est pollué par l'huile, il est donc parfois indispensable de purifier le gaz comprimé par un procédé adéquat (décantation ou filtrage) ;
- fonctionnement à sec avec des palettes en matériau composite chargé en graphite ou en téflon.
À vis
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Le compresseur à vis comporte deux vis synchronisées contre rotatives qui permettent de comprimer le gaz. Comme pour le compresseur à piston, on joue ici sur une diminution du volume pour augmenter la pression.
L'aspiration du gaz, se fait d'un côté dans l'axes des vis (En haut sur la photo), du côté ou l'empreinte des vis est la plus creusée, de l'autre côté, après un parcours de plus en plus étroit entre les vis, le gaz comprimé est libéré.
Les frottements entre les vis sont faibles relativement à ceux des pistons, dans les cylindres, qui utilisent des segments pour assurer l'étanchéité.
L'huile utilisée dans ces compresseurs est souvent refroidie. Car, contrairement aux compresseurs à pistons, l'huile sert surtout à l'étanchéité [réf. nécessaire], mais aussi à la lubrification et au refroidissement[6]. Si l'huile est trop chaude, elle n'est plus assez visqueuse pour garantir l'étanchéité et la lubrification.
Il existe aussi des compresseurs à vis dont les chambres de compression ne sont pas lubrifiées. Les vis synchronisées, n'entrent pas en contact l'une avec l'autre. Le gaz comprimé produit est alors totalement exempt d'huile.
Scroll
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Le compresseur à spirale, également connu sous le nom de Compresseur G ou scroll, emploie deux spirales intercalées comme des palettes pour pomper et comprimer des fluides. Souvent, une des spires est fixe, alors que l'autre se déplace excentriquement sans tourner, de sorte à pomper, emprisonner puis comprimer des poches de fluide entre les spires, comme dessiné ci-contre.
Ce type de compresseur est communément utilisé dans la plupart des réfrigérateurs modernes.
L'histoire du compresseur G ou à spirales débute avec le XXe siècle, inventé dans son principe en 1905 par le français Léon Creux, et breveté aux États-Unis le 3 octobre de la même année. À l'époque il était techniquement impossible de le construire du fait de la précision d'usinage nécessaire pour qu'il soit efficace.
C'est au milieu des années 1980 que Volkswagen décide de donner sa chance au compresseur G sur les modèles Polo G40 phase 2, et les Polo G40 phase 3, Corrado G60 et Golf II G60 et Rallye et Passat G60.
Le qualificatif 40 ou 60, informe sur la largeur de la spirale. En réalité le G60 devrait se nommer G59.5, puisque la spirale ne mesure que 59,5 mm de large (au lieu de 60).
Le compresseur se compose de deux spirales fixes et deux spirales mobiles. Il est entraîné par la poulie d'un vilebrequin.
Dans la suite du texte, nous nous concentrons sur un seul couple, les mêmes explications étant correctes pour l'autre couple, mutatis mutandis.
Après le filtre à air, l'air entre dans le compresseur en étant « aspiré » entre les deux spirales (une fixe, l'autre mobile). Grâce à un arbre excentrique, la spirale mobile se rapproche et s'écarte de la spirale fixe, l'air emprisonnée est comprimée dans cet espace et est chassée vers le centre du compresseur (sortie), puis vers le conduit d'admission du moteur. Étant donné que cette étape se reproduit quatre fois (quatre couples de spirales), avec un décalage de 180°, il n'y a pas de baisse de pression entre l'arrivée des poches d'air comprimées au niveau de l'admission.
On constate, en général, une pression de l'ordre de 0,7 bar pour les G60 avec une puissance de 160 ch pour 1,8 L de cylindrée.
Ce type de compresseur est également utilisé dans l'industrie pour comprimer de l'air à 8, voire 10 bars. La chambre de compression n'est pas lubrifiée, ce qui permet de délivrer un air totalement exempt d'huile.
Ces compresseurs sont largement utilisés dans la climatisation et la réfrigération car ils sont plus légers, plus petits et ont moins de pièces mobiles que les compresseurs à piston et ils sont également plus fiables. Cependant, ils sont plus chers, de sorte que les refroidisseurs Peltier ou les compresseurs rotatifs et alternatifs peuvent être utilisés dans des applications où la question du coût est la plus importante ou l'un des facteurs les plus importants à prendre en compte lors de la conception d'un système de réfrigération ou de climatisation.
À lobe(s)
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1 et 3 : rotors
2 : support
a : basse pression
b : fluide comprimé
c : sortie haute pression
Le compresseur à engrenage ou à lobes, souvent appelé compresseur Roots, est un système mécanique comprenant deux lobes qui emprisonnent l'air lors de leur rotation. Le volume emprisonné et le rapport de leur vitesse de rotation par rapport à celle du moteur qu'il alimente détermine le taux de compression.
Compresseur alternatif
modifierÀ pistons
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Dans un compresseur à pistons, chaque piston présente un mouvement alternatif dans un cylindre. Lors de l'aller, le piston aspire le fluide à une certaine pression puis le comprime au retour. Pour cela, chaque piston est muni d'une entrée et d'une sortie à clapet anti-retour. Le clapet d'admission ne peut laisser passer le gaz que vers la chambre du piston. À l'inverse, le clapet d'échappement ne peut laisser passer le gaz que vers le circuit extérieur. De plus, le clapet d'échappement offre une certaine résistance, de façon à ne s'ouvrir que lorsque la pression de l'intérieur de la chambre du cylindre atteint une valeur suffisante.
Voici le fonctionnement pas à pas :
- le piston « descend » : la dépression créée à l'intérieur du cylindre entraîne l'ouverture du clapet d'admission et le fluide est aspiré. Le clapet d'échappement est fermé, car il ne marche que dans un sens ;
- le piston commence sa « remontée » : le fluide commence à se comprimer, car il ne peut sortir par le clapet d'admission (clapet anti-retour) et sa pression n'est pas suffisante pour pousser le clapet d'échappement (maintenu en place par un ressort par exemple). Le fluide ne pouvant s'échapper, il se compresse, car la « remontée » du piston diminue le volume dans le cylindre ;
- la pression du fluide atteint la pression voulue (contrôlé par la raideur du ressort) : cette pression est suffisante pour ouvrir le clapet d'échappement et le fluide sous pression s'échappe donc. Le piston finissant sa remontée, il chasse le fluide tout en maintenant sa pression ;
- le clapet d'échappement se ferme lorsque le piston arrive au point mort haut et un nouveau cycle recommence.
Un compresseur à piston est souvent muni de plusieurs pistons, dont les phases d'admission et d'échappement sont décalées pour avoir une sortie de fluide plus constante dans le réservoir. En effet, pour chaque piston, la sortie du gaz comprimé n'occupe qu'une petite partie du cycle.
Les compresseurs en froid ménager sont habituellement de type hermétique à pistons.
Compresseur hydraulique
modifierLe terme compresseur ou compresseur hydraulique est aussi beaucoup utilisé (abusivement) pour nommer un groupe hydraulique ou une centrale hydraulique. Il peut être à pistons, palettes, engrenages, vis, etc. La technologie est la même que les compresseurs classiques, mais doit supporter des pressions entre 20 et 700 bars, selon les applications.
Le terme peut également désigner, en tant que traduction littérale de l’anglais hydraulic air compressor, une trompe hydraulique. Ce dispositif est un type de compresseur isotherme, qui utilise une chute d'eau de grande hauteur pour générer de l'air sous pression. Cette technologie, qui a disparu vers la fin du XXe siècle, reste cependant actuelle grâce à son rendement intéressant et l’absence de tout mécanisme[7].
Équipements associés
modifierL'humidité normalement présente dans l'air à pression atmosphérique se retrouve, après compression, dans un volume restreint et le volume d'eau dans l'air peut devenir important avec le risque de saturation en eau de l'air comprimé. Pour éviter ce problème on lui associe souvent un sécheur d'air[8].
Notes et références
modifier- Thermocompresseurs kadant.com, consulté en mai 2016
- (en) Compressed Air Systems in the European Union, sur le site fraunhofer.de, consulté le 20 décembre 2014
- Ice-Easy, Compresseur de frigo cassé : que faire ? , Sur le site de Ice-Easy
- Thierry DESTOOP, Compresseurs volumétriques par , sur free.fr consulté le 16 juillet 2018
- Voir : Les compresseurs axiaux, sur lavionnaire.fr, consulté le 10 février 2019
- Non trouvé le 28 mai 2017, sur boge.com
- (en) Dean L. Millar, « A review of the case for modern-day adoption of hydraulic air compressors », Applied Thermal Engineering, no 69, , p. 55-77 (DOI 10.1016/j.applthermaleng.2014.04.008, lire en ligne)
- [PDF]Sécheur d'air - Manuel d'installation Sur le site cta.fr
Voir aussi
modifierArticles connexes
modifierLiens externes
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- Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes :
