Gestion des fuites dans les réseaux d'air comprimé à l'aide des ultrasons

Une efficacité accrue grâce à la technologie des ultrasons

Leaks in Compressed Air Systems

Fuites dans les réseaux d'air comprimé

L'air comprimé est utilisé comme source d'énergie dans de nombreux secteurs industriels. Cela s'explique notamment par le fait que l'air comprimé est relativement facile à produire et à acheminer, mais son approvisionnement entraîne souvent des pertes considérables.

Une efficacité accrue grâce à la technologie ultrasonique

Pourquoi détecter les fuites ?

Dans les réseaux d'air comprimé, une grande partie de l'énergie consommée est perdue en raison de zones non étanches (fuites). Ces fuites se produisent généralement au niveau des raccords, des vannes, des raccords à vis et des raccords à bride, ainsi que sur des tuyaux endommagés ou des conduites corrodées. Les compresseurs doivent être capables de compenser cette perte de pression permanente afin de garantir l’approvisionnement en air comprimé. Cela entraîne une augmentation des coûts d’exploitation, car les compresseurs consomment davantage d’énergie et les pièces des machines s’usent plus rapidement.

Économies d’énergie et gains d’efficacité

Avec 80 %, ce sont les coûts énergétiques qui représentent la plus grande part des coûts du cycle de vie des compresseurs. Les mesures visant à prévenir les pertes d’air comprimé contribuent donc de manière significative à

économies d'énergie et gains d'efficacité. La technologie de contrôle par ultrasons est utilisée dans des applications pratiques pour la localisation des fuites. L'air s'échappant des points de fuite crée des turbulences et, par conséquent, des ultrasons. Le niveau maximal d'ultrasons est émis à proximité immédiate de la fuite. Les ultrasons se propagent également avec un haut degré de directivité. Des méthodes d’analyse à large bande, basées sur l’acoustique des écoulements, sont utilisées pour la classification et l’évaluation de la perte totale due aux fuites.

La production d'air comprimé représente environ 10 % de la consommation énergétique industrielle mondiale
Aucun système n'est totalement étanche : la perte moyenne est d'environ 30 %

De la détection au rapport

Détection

Mettez en marche l'appareil de contrôle par ultrasons à large bande et sélectionnez un accessoire
Représentation visuelle de l'environnement à l'aide du niveau à large bande et du spectrogramme dans la gamme de fréquences comprise entre 20 et 100 kHz
Détection possible même dans des environnements industriels bruyants

Évaluation

Respectez les procédures de contrôle définies !
Recherchez le niveau sonore maximal et lancez l'évaluation des fuites d'une simple pression sur un bouton
Hiérarchisation des mesures d'intervention grâce à la classification des fuites (classes 1 à 5) et à l'évaluation des fuites (en l/min)

Documentation

Ajouter des informations de localisation
Ajouter des photos, des mémos vocaux et des commentaires
Suivre l'état d'avancement de la réparation
Enregistrer la documentation au format CSV, PDF ou ZIP, conformément à la norme DIN EN ISO 50001, en quelques clics seulement

Detection

Détection

De nouveaux capteurs à large bande équipés de microphones ultrasoniques sensibles facilitent la détection des fuites dans les environnements bruyants et difficiles. Le spectrogramme affiché à l'écran indique immédiatement à l'utilisateur s'il y a des ultrasons parasites et, le cas échéant, dans quelle gamme de fréquences ils se situent. L'utilisateur peut utiliser l'écran tactile pour déplacer la fréquence porteuse audible hors de la gamme des signaux ultrasoniques parasites.

Détection de fuites dans des environnements industriels bruyants

L'un des principaux défis liés à la détection des fuites réside dans le niveau élevé de bruit émis par les machines et les installations, qui caractérise souvent les environnements industriels. Ce niveau de bruit est présent non seulement dans la gamme audible (fréquences audibles jusqu'à 16 kHz), mais également dans le spectre des ultrasons inférieurs sous la forme d'un signal parasite (gamme de fréquences comprise entre 20 et 40 kHz, voir l'exemple de spectrogramme n° 1). La technologie de contrôle établie fonctionne dans une bande étroite autour de 40 kHz, ce qui peut rendre difficile la localisation fiable des fuites.

Environnement typique d'exposition aux ultrasons dans une aciérie, où les machines émettent des ultrasons dans une gamme de fréquences allant jusqu'à environ 40 kHz.

Affichage du niveau et spectrogramme

D'une part, l'intensité des signaux ultrasonores est représentée par les niveaux. Pour les signaux ultrasonores à large bande détectés dans la gamme de fréquences comprise entre 20 et 100 kHz, différents niveaux à large bande sont calculés, par exemple le niveau instantané L(t) ou le niveau sonore continu équivalent Leq. Sur la base du niveau sonore continu équivalent Leq, de la pression du système et du type de gaz, les pertes par fuite sont calculées en l/min. D’autre part, le spectrogramme affiche les informations spectrales en fonction du temps. L’intensité des signaux ultrasoniques est représentée par un code couleur. Ce code couleur peut être adapté aux besoins individuels.

Suppression des signaux parasites

Afin d'éliminer les signaux parasites lors de la détection de fuites, le SONAPHONE tire parti de l'un des avantages des systèmes à air comprimé, à savoir le fait que les ultrasons générés se répartissent sur une large bande de fréquences. L'appareil de contrôle à large bande SONAPHONE enregistre les signaux ultrasonores jusqu'à 100 kHz, une fréquence nettement supérieure au niveau des interférences (voir l'exemple de spectrogramme n° 2). Les informations s'affichant sur l'écran de l'appareil sous forme de spectrogramme, il est facile de distinguer les fuites des sources d'interférences.

Fuite sur la conduite d'air comprimé dans la même aciérie. La fuite a été détectée malgré le bruit de fond généré par les machines dans la zone de production.

Écoute dans une bande étroite comprise entre 20 et 100 kHz

Outre l'affichage visuel, les fuites peuvent également être localisées à l'aide d'un casque grâce au signal sonore transformé. Lors de l'« écoute à bande étroite » du signal à 40 kHz, certaines fuites peuvent ne pas être détectées lors de l'analyse du réseau d'air comprimé en raison de la proximité entre le niveau d'interférence et le signal de fuite. Grâce à l’utilisation de la méthode d’écoute hétérodyne dans la bande large, le SONAPHONE est également capable de détecter de manière fiable les fuites à l’aide de méthodes acoustiques. Pour la localisation acoustique des fuites, la bande étroite souhaitée peut être réglée, par exemple, sur une fréquence porteuse de 70 kHz. Lorsqu’une fuite est localisée, un signal est émis dans la gamme audible exclusivement pour cette bande étroite (voir exemple). Les fuites peuvent ainsi être facilement localisées à l’aide d’un casque.

Réglage de la fréquence porteuse de 40 à 70 kHz afin de supprimer les bruits parasites dans le signal audible.

« Alors que
les appareils de contrôle par ultrasons classiques ne permettent d'entendre qu'un seul son, la technologie de contrôle par ultrasons à large
bande offre toute
une symphonie de bruits d'écoulement et de bruits aériens. »

- Prof. Dr Peter Holstein (Développement stratégique, SONOTEC GmbH)

Evaluation

Évaluation

Une fois la fuite détectée, le technicien de maintenance lance la mesure. La perte due à la fuite est calculée et évaluée automatiquement en fonction du niveau de large bande et de la pression du système.

Procédures de test définies pour l'évaluation

Le respect des procédures de test définies est essentiel pour garantir une évaluation des fuites avec un haut niveau de fiabilité. La première étape consiste à utiliser un grand cornet acoustique placé à une certaine distance afin d’effectuer une recherche approximative des points de fuite au sein du réseau d’air comprimé. Une fois la source ultrasonore identifiée et isolée, un localisateur de précision est utilisé pour localiser et enregistrer le niveau sonore maximal de la fuite à une distance de 5 cm. La fuite est ensuite évaluée (en l/min) et classée (de 1 à 5) à l'aide de l'application dédiée LeakExpert®.

Le rayonnement acoustique dépend fortement de la taille et de la forme de la fuite, des propriétés de surface du matériau, de la différence de pression, de la vitesse et du profil du flux de fuite, ainsi que de la température. La distance de mesure joue également un rôle important, tout comme l'angle de mesure. Une quantification reproductible du volume de fuite n'est donc possible qu'en recourant à des procédures d'essai bien définies.

Classification des fuites

Les fuites présentent une grande variété de signatures spectrales. En fonction de leurs caractéristiques, elles peuvent présenter une dispersion stochastique sur la bande ultrasonore comprise entre 20 et 100 kHz. Une analyse en bande étroite, par exemple à 40 kHz, comporte un risque d’évaluation erronée en raison des valeurs de niveau localement élevées (amplitudes) ou des interruptions de signal (voir schéma). Les analyses quantitatives basées sur une fréquence à bande étroite peuvent conduire à des résultats erronés. Il est donc recommandé d’analyser et d’évaluer une fuite à l’aide du niveau à large bande.

Données spectrales relatives à deux fuites circulaires représentatives et leur variation en fonction de différents angles de mesure et diamètres (à gauche : D = 0,25 mm, L = 12,7 mm, q ~ 0,5 Nl/min ; à droite : D = 0,58 mm, L = 38,1)

L'appareil numérique SONAPHONE® ne se contente pas de tirer pleinement parti des avantages de l'analyse à large bande. Il dispose également d'une application spécialement développée pour l'évaluation des fuites. L'application LeakExpert® guide l'utilisateur tout au long du processus de test. En fonction du niveau sonore continu équivalent Leq, de la pression du système et du type de gaz, les pertes individuelles dues aux fuites sont déterminées en l/min. L’objectif est ici de classer les fuites en fonction de leur ampleur (classes 1 à 5) afin de définir et de hiérarchiser les mesures de maintenance nécessaires. C’est en réparant les fuites importantes que l’on peut réaliser le plus grand potentiel d’économies ; dans certaines circonstances, la réparation des petites fuites peut ne pas être rentable.

Documentation

Le SONAPHONE permet de créer rapidement et facilement des rapports, qui servent ensuite d’outils décisionnels essentiels pour définir les mesures de suivi à mettre en œuvre, ainsi que pour vérifier l’efficacité de la gestion énergétique. La documentation relative aux résultats peut être générée d’un simple clic, fournissant ainsi à la direction de l’entreprise toutes les informations nécessaires sur la localisation des fuites et les pertes d’énergie, ainsi qu’une documentation photographique et le niveau de priorité des travaux de réparation. Grâce à la systématisation des travaux de détection et d’évaluation des fuites, l’appareil permet également de réaliser des gains de temps et des réductions de coûts significatifs lors des interventions de maintenance.

Ajout d'informations de localisation
Photos et mémos vocaux
Priorité et état de la réparation

Données au format PDF, ZIP ou CSV
Conformes à la norme ISO 50001
Rapports comparables permettant de gagner du temps

Rapports conformes à la norme ISO 50001

Les entreprises disposant d’un système de gestion de l’énergie conforme à la norme DIN EN ISO 50001 sont tenues d’enregistrer les données relatives à l’énergie et d’utiliser ces informations pour définir des objectifs en matière de gestion de l’énergie. Les systèmes d’air comprimé présentent généralement une consommation d’énergie élevée et offrent un potentiel considérable d’amélioration systématique et à long terme des performances énergétiques.

Les fuites d’air comprimé sont pratiquement inévitables, mais les entreprises doivent néanmoins s’efforcer d’optimiser l’état de leur système et de le maintenir grâce à des interventions d’entretien régulières. Des pertes résiduelles dues aux fuites de l’ordre de 10 % sont considérées comme économiquement acceptables.

Le rapport généré par l'application LeakExpert® répond aux exigences de documentation de la norme DIN EN ISO 50001 et fournit des informations fiables concernant les pertes dues aux fuites, tant individuelles que totales, qui ont été corrigées dans le réseau d'air comprimé. Outre l'analyse par ultrasons, l'appareil SONAPHONE® permet également d'enregistrer des informations supplémentaires pertinentes, telles que des photos et des notes d'entretien. En plus de faciliter les interventions de maintenance, ce rapport sert également à attester de la bonne gestion énergétique dans le cadre d'audits internes et externes.

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