Formule de calcul de la puissance axiale d’un compresseur d’air

Qu’est-ce que la puissance d’arbre d’un compresseur d’air?

La puissance d’arbre d’un compresseur désigne la puissance utile transmise à l’arbre principal du compresseur; elle sert généralement à évaluer la puissance mécanique requise par le corps du compresseur en fonctionnement. Elle est liée à la puissance d’entrée du moteur, au rendement de la transmission, aux pertes mécaniques et aux conditions de compression. Lors de l’analyse de la consommation d’énergie, du dimensionnement du moteur ou de l’évaluation de l’état de fonctionnement, il est souvent nécessaire de distinguer la puissance d’entrée du moteur, la puissance de sortie du moteur et la puissance d’arbre du compresseur.

Calcul basé sur le couple et la vitesse de rotation

Lorsque l’on peut mesurer le couple et la vitesse de rotation de l’arbre principal, on peut utiliser la formule générale de la puissance mécanique:

P = T × n ÷ 9550

• P: puissance sur l’arbre, en kilowatts kW
• T: couple de l’arbre principal, en newtons-mètres N·m
• n: vitesse de rotation de l’arbre principal, en tours par minute r/min
• 9550: Coefficient de conversion d’unités

Cette formule s’applique aux essais sur le terrain ou aux calculs de vérification lorsque le couple et la vitesse de rotation sont connus. Si les données de couple proviennent d’une estimation, une marge de sécurité suffisante doit être maintenue.

Estimation selon les paramètres d’entrée du moteur

Pour les compresseurs d’air entraînés par moteur électrique, la puissance sur l’arbre peut être estimée à partir de la puissance d’entrée du moteur et de son rendement. La puissance d’entrée d’un moteur triphasé alternatif s’exprime comme suit:

Pentrée = √3 × U × I × cosφ ÷ 1000

Estimation complémentaire de la puissance sur l’arbre:

Paxe = Pentrée × ηmoteur × ηtransmission

• U: tension linéaire, en volts V
• I: courant de ligne, en ampères A
• cosφ: facteur de puissance
• η moteur: rendement du moteur
• η transmission: rendement de la transmission; les valeurs diffèrent selon qu’il s’agisse d’une transmission directe, d’un accouplement ou d’une transmission par courroie.

Si la puissance de sortie du moteur est connue, l’expression peut être simplifiée comme suit:

Paxe = Puissance de sortie du moteur P × rendement de la transmission η

Estimation selon le volume de déplacement et la puissance spécifique

Lorsque les données d’équipement sont complètes ou que des données mesurées existent déjà, il est également possible d’effectuer une estimation à l’aide du débit d’échappement et de la puissance spécifique:

Axe P ≈ Q × b

• Q: Volume d’échappement réel, en mètres cubes par minute m3/min
• b: puissance spécifique, exprimée en kilowatts par mètre cube par minute kW /(m3/min)

Cette méthode convient aux comparaisons de consommation d’énergie ou aux calculs préliminaires, mais la puissance spécifique varie en fonction du réglage de la pression, de l’état de l’air d’admission, du mode de refroidissement, du taux de charge et du mode de régulation; il n’est donc pas possible d’appliquer sans nuance une valeur unique.

Principaux facteurs influençant la puissance sur l’arbre

• Pression de refoulement: une augmentation de la pression entraîne généralement une hausse du travail de compression.
• Température et pression d’admission: les variations de l’état d’admission influencent la densité du gaz et le débit volumétrique réel.
• Frottement mécanique et état de lubrification: l’état des roulements, des joints d’étanchéité, des engrenages et d’autres composants influence le rendement mécanique.
• Mode de transmission: l’efficacité diffère selon qu’il s’agit d’une transmission directe, d’une transmission par coupleur, par courroie ou par engrenage.
• Charge de fonctionnement: le fonctionnement à vide, à charge légère, à pleine charge ainsi que les opérations fréquentes d’ajout et de retrait de charge entraînent des fluctuations de puissance.

Précautions d’utilisation

Lors des calculs, il convient d’abord de préciser la définition de la puissance afin d’éviter toute confusion entre la puissance d’entrée du moteur, la puissance nominale du moteur et la puissance sur l’arbre du compresseur. Pour une estimation sur le terrain, il est recommandé de procéder à une validation croisée en prenant en compte le courant, la tension, la vitesse de rotation, le couple, le débit d’échappement ainsi que les données techniques de l’équipement. En cas de choix d’appareillage, de rénovation visant l’économie d’énergie ou de vérification de la sécurité, il faut s’en tenir aux indications figurant sur la plaque signalétique de l’équipement, aux données d’essai et aux documents techniques fournis par le fabricant.