Le nec plus ultra des surpresseurs : comparaison entre le surpresseur à vis et le surpresseur Roots
Jusqu'à la dernière décennie, les surpresseurs basse pression utilisaient la technologie de compression à lobes, ou Roots, pour produire l'air destiné être utilisé dans de nombreux secteurs industriels. Cependant, le surpresseur à vis est en passe de devenir l'option préférée en raison de ses avantages en termes d'efficacité, notamment dans les cimenteries.
Le principe du surpresseur volumétrique était à la pointe de la technologie lorsque les frères Roots l'ont découvert en 1854. Cela dit, il n'a connu que des améliorations mineures en termes d'efficacité au cours des 150 dernières années.
Il est donc pertinent de comparer le surpresseur Roots au surpresseur à vis.
Comment fonctionne un surpresseur Roots ?
Un surpresseur à lobes, ou "Roots", est un compresseur volumétrique sans vanne et sans compression interne. Il fonctionne sur le principe de la compression isochore. L'air entre dans la chambre de compression et le volume d'air reste constant tandis que des rotors identiques tournent.
Le volume de la chambre de compression diminue avec la poursuite de la rotation. Ainsi, la compression se produit à l'extérieur contre toute contre-pression due à l'air entrant provenant du tuyau connecté.
La compression externe se traduit par un faible rendement et des niveaux sonores élevés. Par conséquent, l'utilisation de la technologie à lobes est reléguée aux applications à très basse pression et à la compression mono-étage.
Avantages de la technologie de surpresseur à vis
Le surpresseur à vis utilise un élément de compression à vis. Il s'agit de rotors mâles et femelles qui tournent dans des directions opposées tandis que le volume entre les rotors et le carter diminue.
Chaque élément de vis possède un rapport de pression fixe et intégré et aucune force mécanique ne provoque de déséquilibre. Cela signifie que la technologie à vis peut fonctionner à une vitesse d'arbre élevée et peut associer un débit élevé avec des dimensions extérieures réduites.
Compression isochore et compression isentropique
Comme indiqué ci-dessus, les surpresseurs Roots fonctionnent sur le principe de la compression isochore. Par comparaison, les surpresseurs à vis utilisent la compression isentropique. Pour mieux comprendre la différence, il est utile d'examiner les formules des deux processus
Gaz idéal en compression isochore idéale : T 2 = T 1 (P 2 /P 1)
Gaz idéal en compression isentropique idéale : T 2 = T 1 (P 2 /P 1) (γ-1)/y
Consommation d'énergie des surpresseurs à vis et à lobes
D'après les informations ci-dessus, il est clair que la température T2, lors d'une compression isentropique, est inférieure à celle observée lors d'une compression isochore. En effet, une quantité inférieure de travail est transférée à la chaleur par rapport à l'élément à lobes où le travail est émis sous forme de chaleur
En termes plus simples, l'efficacité de l'élément à vis est supérieure à celle de l'élément à lobes à la même pression.
Prenons un exemple pour comprendre ce concept :
Pour une température ambiante de 35 °C
Débit nominal : 2000 m3/h
Pression : 0,7 bar(g)
L'énergie consommée par un surpresseur Roots est de 60 kW avec une température de sortie d'air de 125 °C. Avec le surpresseur à vis, l'énergie consommée est de 43 kW avec une température de sortie d'air de 94 °C.
Le surpresseur à vis est donc beaucoup plus économe en énergie que le surpresseur Roots.
Schéma Pression/Volume d'un surpresseur à lobes
Schéma Pression/Volume d'un surpresseur à vis
En résumé
Dans le surpresseur à vis, le circuit d'air interne est optimisé afin de réduire les pertes de charge et les turbulences de l'air.
L'ensemble inclut un carter d'engrenages intégré à entraînement direct au lieu du système traditionnel de courroies/poulies. Cela réduit les pertes de transmission.
En associant ces éléments à un variateur de vitesse (VSD), on obtient un surpresseur à vis qui utilise 30 % d'énergie en moins que les surpresseurs à lobes.
En outre, un régulateur Elektronikon intégré peut surveiller vos opérations 24 h/24 et 7 j/7 pour garantir une fiabilité maximale.
Tous ces avantages associés aux économies d'énergie font des surpresseurs à vis un choix privilégié par rapport aux surpresseurs Roots.