Compresseur à vis bi-étagé : environ 10 % d'énergie en moins qu'une vis standard
Le compresseur à vis bi-étagé compresse l'air en deux étapes avec refroidissement intermédiaire - proche du cycle isotherme théorique. Environ 10 % d'énergie en moins qu'une vis standard à charge constante ; avec un variateur à aimants permanents, sur une charge variable, les deux gains se cumulent.
Pourquoi compresser en deux étapes
La compression d'un gaz est exothermique : plus on comprime, plus la température monte. Sans aucun refroidissement, une compression adiabatique idéale de 1 à 8 bar absolus porterait l'air de 20 °C à environ 260 °C. Dans une vis lubrifiée, l'huile injectée absorbe l'essentiel de cette chaleur au fil de la compression, si bien que l'air sort du bloc bien en dessous de cette valeur. Plus l'air chauffe pendant la compression, plus elle demande de travail : c'est ce que le refroidissement entre deux étages vient réduire.
Le bi-étagé compresse en deux étapes : étage 1 monte à 3-4 bar, l'air est refroidi entre les deux étages (par un échangeur intermédiaire, ou, sur une vis lubrifiée, par de l'huile injectée dans le canal qui relie les deux étages), puis étage 2 finit à 8 bar. Le second étage travaille sur de l'air refroidi donc plus dense, ce qui économise de l'énergie. On se rapproche de la compression isotherme théorique (la plus efficace mais impossible en pratique).
Les chiffres concrets
Pour des vis lubrifiées à 100 psig (6,9 bar), le Sourcebook du département américain de l'Énergie donne 16 à 19 kW pour 100 cfm sur une vis standard et 15 à 17 kW sur une vis bi-étagée. Borne basse contre borne basse, borne haute contre borne haute, l'écart va de 6 à 11 % : de l'ordre de 10 %. Avec un variateur, les deux gains se cumulent, l'un sur la consommation déjà réduite par l'autre : sur une charge variable, face à une vis en charge et vide, le total va d'environ 18 à 27 % ; face à une vis en modulation, où le variateur retire près du tiers, il approche 40 %.
| Vis standard vitesse fixe | Référence 100 % |
|---|---|
| Vis standard VSD aimants perm. | −9 à −19 % face à une vis en charge-vide, à 60 % de demande (Sourcebook du DOE) |
| Bi-étagé vitesse fixe | ≈ −10 % (6 à 11 %, charge constante) |
| Bi-étagé PM VSD | Les deux gains se cumulent : environ 18 à 27 % face à une vis en charge et vide |
Là où le bi-étagé gagne le plus
- Industrie 24/7 : pétrochimie, sidérurgie, cimenterie, papeterie
- Plasturgie continue : extrusion, soufflage PET haute cadence
- Sites avec charge stable 70-100 % la majorité du temps
- Applications haute pression, jusqu'à 13 bar : en théorie, l'économie du refroidissement entre étages grandit avec le rapport de pression
- Sites énergivores : l'électricité pèse déjà 76 % du coût d'un compresseur sur dix ans en deux équipes cinq jours sur sept (département américain de l'Énergie, 2000), et ce poids grandit avec les heures de marche
Surcoût initial et gain annuel
Un compresseur bi-étagé coûte plus cher à l'achat qu'une vis standard de puissance équivalente : l'intercooler ajoute du poids et de l'encombrement, et la mécanique est plus complexe. Le montant exact figure au devis, il dépend de la configuration.
Ce qui se calcule sans devis, c'est le gain. Sur un 75 kW tournant 8 000 heures par an à pleine charge, soit de l'ordre de 600 000 kilowattheures absorbés, un écart de puissance spécifique de 6 à 11 % représente environ 36 000 à 66 000 kilowattheures économisés chaque année. Multipliez par votre prix du kWh : l'ordre de grandeur du gain annuel apparaît immédiatement. Le montant de l'investissement, lui, figure au devis.
L'étage en plus fait gagner à chaque heure en charge, pas seulement en marche continue ; le gain grandit avec les heures. C'est la technologie de référence sur les sites énergivores.
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