Formule de calcul de la cylindrée d’un compresseur d’air

Notions de base sur la cylindrée des compresseurs d’air

La cylindrée (ou débit d’échappement) d’un compresseur d’air constitue l’indicateur technique central permettant d’évaluer ses performances. Un calcul et une évaluation précis de la cylindrée revêtent une grande importance pour le dimensionnement des équipements, l’adaptation des systèmes ainsi que l’analyse de l’efficacité énergétique.

La cylindrée des compresseurs d’air se répartit généralement enCylindrée théoriqueEtVolume d’échappement réelLa cylindrée théorique correspond au volume de gaz aspiré par le compresseur, dans des conditions idéales, par unité de temps; quant à la cylindrée effective, elle désigne le volume de gaz, ramené à l’état d’aspiration, qui est finalement refoulé par le compresseur dans des conditions réelles de fonctionnement. Une différence existe entre les deux, principalement déterminée par le rendement volumétrique du compresseur.

Formule de calcul de la cylindrée théorique

Le débit volumétrique théorique dépend principalement des dimensions géométriques du compresseur et de sa vitesse de rotation. Pour les compresseurs d’air à piston, la formule de calcul du débit volumétrique théorique est la suivante:

V_th = (π / 4) × D² × S × n × Z × 10⁻⁶

• V_th: Volume d’échappement théorique, en mètres cubes par minute (m³/min)
• D: diamètre intérieur du cylindre, en millimètres (mm)
• S: Course du piston, en millimètres (mm)
• n: Vitesse de rotation de l’arbre principal du compresseur, exprimée en tours par minute (r/min)
• Z: Nombre de cylindres

Pour les compresseurs d’air à vis, la cylindrée théorique dépend des dimensions géométriques de la courbe de profil du rotor et de sa vitesse de rotation; la logique de calcul est similaire, puisqu’elle correspond au produit du volume géométrique par la vitesse de rotation.

Formule de calcul de la cylindrée effective

En fonctionnement réel, en raison du volume de jeu, des fuites de gaz, de la résistance à l’admission ainsi que du chauffage du gaz, le débit de refoulement effectif est nécessairement inférieur au débit de refoulement théorique. La formule de calcul du débit de refoulement effectif est la suivante:

V_act = V_th × λ

Parmi ceux-ci,V_actPour le débit d’échappement réel (m³/min),λIl s’agit du coefficient de refoulement (également appelé rendement volumétrique). Ce coefficient est un nombre inférieur à 1, généralement déterminé par le fabricant au moyen d’essais et fourni sous forme de données. Pour les compresseurs alternatifs, il se situe habituellement entre 0,65 et 0,85, tandis que pour les compresseurs à vis, il dépasse souvent 0,90.

Principaux facteurs influençant la cylindrée d’un compresseur d’air

Comprendre les facteurs qui influencent la cylindrée permet de maintenir un fonctionnement optimal de l’équipement lors de l’entretien quotidien:

• Volume de jeu: Lorsque le piston atteint le point mort haut dans le cylindre, les gaz à haute pression résiduels se dilatent avant l’admission et occupent une partie du volume, réduisant ainsi la quantité d’air admise.
• Pertes par fuiteLes fuites de gaz au niveau des segments de piston, des soupapes et des jeux de rotor entraînent la perte d’une partie du gaz déjà aspiré ou comprimé.
• Résistance à l’inspiration et chauffageLa résistance de la soupape d’admission et le chauffage des parois du cylindre entraînent une élévation de la température du gaz aspiré et une diminution de sa densité, ce qui réduit la masse effective de gaz admise.
• Variation de la vitesse de rotationLes fluctuations de la vitesse de rotation du moteur entraîneur influencent directement, de manière proportionnelle, le débit d’air théorique.