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Les filtres à air prolongent la durée de vie des compresseurs et assurent un fonctionnement efficace.

Comment une usine textile a bénéficié de la modernisation de ses filtres

Les compresseurs d'air jouent un rôle essentiel dans les installations de fabrication, en entraînant diverses machines et en remplissant d'innombrables autres fonctions. Plus l'environnement de l'usine est poussiéreux, plus les filtres à air qui nettoient l'air d'admission du compresseur sont sollicités. Les filtres traditionnels en cellulose peuvent se colmater rapidement, tandis que les nouvelles technologies de filtration de Donaldson permettent de rentabiliser rapidement l'investissement.

Une usine textile poussiéreuse en Chine en est l'exemple. Le temps d'arrêt des compresseurs d'air de l'usine a été considérablement réduit lorsque les filtres à air conventionnels ont été remplacés par des filtres à haute efficacité utilisant la technologie à fibres fines exclusive de Donaldson. Les filtres Donaldson ont permis de multiplier par cinq l'intervalle d'entretien des filtres à air de cette usine, réduisant ainsi considérablement leurs coûts d’entretien et améliorant la fiabilité du système pour le propriétaire de l'usine. 

Un environnement difficile

L'usine textile située dans la province de Shandong, en Chine, utilise environ 600 compresseurs pour faire fonctionner diverses machines et opérations. En raison de la présence de fibres et d'autres particules dans l'air, les filtres à air des compresseurs se bouchaient et déclenchaient des alarmes de débit d’air restreint après moins de 200 heures de service, voire 50 heures seulement dans certaines situations. Les ouvriers ont tenté de nettoyer les filtres en inversant les flux d'air, avec peu de réussite cependant en n'ajoutant parfois qu'une centaine d'heures de vie supplémentaires au filtre. En outre, le nettoyage des filtres avec de l'air à haute pression n'était pas une solution pratique. L'utilisation d'air à haute pression pour éliminer la saleté d'un filtre à air endommage inévitablement le média filtrant délicat, ce qui entraîne de petites déchirures qui laissent passer des particules plus nombreuses et plus grosses.

Pour améliorer la situation, le vendeur du compresseur d'air a évoqué avec Donaldson la possibilité de remplacer les filtres à air en cellulose par des filtres à fibres fines à chargement de surface utilisant la technologie Ultra-Web® de Donaldson. Alors que les filtres en cellulose traditionnels atteignent une efficacité d'environ 99 %, la technologie des fibres fines peut offrir une efficacité de 99,99 %.

Comment fonctionne la technologie

Les médias des filtres à air d'admission ont traditionnellement été fabriqués à partir de fibres de cellulose ou d'un mélange cellulose-synthétique. La technologie Ultra-Web de Donaldson utilise un support à fibres fines fabriqué par un procédé d'électrofilage permettant d’obtenir une fibre synthétique fine, continue et élastique d'un diamètre de 0,2 à 0,3 micron. La technologie Ultra-Web offre une efficacité élevée en créant de fins espaces entre les fibres qui piègent la poussière à la surface du média, comme le montrent les figures 1 et 2. La poussière piégée à la surface du média forme un « gâteau de poussière » perméable à l'air, ce qui signifie que la restriction à travers le filtre augmentera plus lentement par rapport à un média en cellulose à chargement en profondeur, où la poussière est piégée en profondeur dans le média et peut bloquer les passages d'air.

Figure 1 : La technologie Ultra-Web forme une fine toile de fibres qui piège la poussière à la surface du média.
Figure 2 : Poussière sur la surface d'un filtre à fibres fines.
 
Essai comparatif

Pour d’évaluer l'effet des filtres à haute efficacité, les ouvriers ont installé les filtres à fibres fines sur cinq compresseurs auparavant dotés d’un média traditionnel en cellulose. Les assemblages de filtres ont été remplacés par de nouveaux assemblages Donaldson, qui abritent les filtres Ultra-Web dans une configuration horizontale, alors que les assemblages d'origine étaient montés verticalement. Les ouvriers ont comparé les opérations, en contrôlant la fréquence des alarmes de restriction du débit d'air pour les deux types de filtres. Les résultats ont été remarquables. 

Comparaison des délais en heures des alarmes de restriction élevée
Figure 3 : La technologie Ultra-Web a permis d'allonger considérablement le délai de déclenchement des alarmes de restriction.

Comme indiqué par la figure 3, les filtres Ultra-Web ont fait passer le délai moyen de déclenchement des alarmes d'environ 300 heures à plus de 1 500 heures, soit une multiplication par cinq. La figure 3 montre le nombre d'heures de fonctionnement pour atteindre un certain niveau de perte de pression. La charge de surface contribue à une augmentation plus lente de la restriction et donc à une longue durée de vie des filtres.

La grande efficacité des filtres a également été mise en évidence lors des inspections visuelles. Comme le montre la figure 4, une quantité importante de poussière et d'autres particules a été capturée sur l'extérieur du filtre à la fin de la période de test, tandis que l'intérieur présentait beaucoup moins de poussière, au point de sembler quasiment aussi propre qu'un filtre neuf.

Figure 4 : L’extérieur des filtres (photo de gauche) possède une quantité importante de particules, alors que l’intérieur (photo de droite) n’en a quasiment pas.
Actions postérieures au test dans cette usine

Après le test, l'exploitant de l'usine textile a remplacé tous les purificateurs d'air de ses 600 machines par des filtres Ultra-Web de Donaldson, économisant ainsi plus d'un million de dollars par an en coûts d'exploitation. Le remplacement du filtre a également permis de réaliser des économies annuelles de main-d'œuvre de plus de 7 000 heures-personnes. Cela équivaut à environ 3,5 employés à temps plein.

Autres considérations

L'usine textile chinoise est un excellent exemple de la manière dont une meilleure filtration de l'air peut avoir un impact significatif sur l'efficacité globale du système. Le filtre à air doit être considéré comme un élément important d'un « écosystème » de filtration, qui comprend également un filtre à huile et un séparateur air-huile, comme le montre la figure 5. L'amélioration des performances d'un composant de filtration a un impact direct sur les performances des autres composants de filtration.

Figure 5 : Schéma d'un compresseur d'air rotatif à vis imbibé d'huile.

1. L'air est aspiré dans le compresseur par le filtre d'entrée
2. L'élément séparateur élimine la quasi-totalité du brouillard d'huile restant
3. De l'air comprimé propre et sec sort de l'unité avec un minimum d'entraînement d'huile
4.-5. L'huile pré-séparée est refroidie et filtrée avant la recirculation
6. Le mélange air-huile s'écoule vers les cuves de séparation où une pré-séparation élimine la majeure partie de l'huile
7. L'huile coalescée est renvoyée vers le compresseur par un tube de récupération
8. L'huile est injectée dans le flux d'air afin d'absorber la chaleur, de lubrifier et étanchéifier la transparence
9. La compression se produit dans le compresseur

L'impact des composants de la filtration les uns sur les autres peut être illustré en considérant l'effet des filtres à air sur la durée de vie des séparateurs air-huile. Les filtres à air de haute qualité produisent une augmentation plus lente de la restriction à travers les séparateurs air-huile, ce qui favorise une longue durée de vie du séparateur air-huile et diminue la chute de pression à travers le composant. Les pertes de charge privent les compresseurs de leur efficacité ; en d'autres termes, la même quantité d'électricité produit moins d'énergie sous forme d'air comprimé lorsqu'il y a des pertes de charge. Une chute de pression supplémentaire de seulement 1 psi réduit essentiellement le rendement du compresseur d'environ 0,5 %.

Bien que les résultats de chaque site puissent varier en fonction du contaminant présent, des filtres utilisés et d'autres variables de ce type, la plupart des usines qui utilisent actuellement des filtres à air à faible efficacité, comme les filtres en cellulose traditionnels, peuvent constater les avantages d'un filtre à haute performance et à haute efficacité. Outre les usines textiles, d'autres industries pourraient bénéficier d'une filtration de haute qualité, notamment les usines de béton, les usines de traitement du bois et pratiquement toute autre installation où la poussière et les particules sont présentes. Il est important de garder à l’esprit qu'un système est aussi bon que son élément le plus faible et que l'ensemble de l'écosystème doit être pris en compte lors du choix de l'équipement de filtration. L'équipe Donaldson peut vous aider à trouver des solutions basées sur l'écosystème pour les exigences uniques de votre système.

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