Nous avions évoqué, dans notre article sur le dégazeur de radon, la possibilité de récupérer une partie de l’énergie hydraulique procurée par le réseau d’eau courante. Le dégazeur de radon nécessite effectivement de casser la pression de l’eau courante. Cela implique de remettre cette eau en pression, soit par gravité, soit par un surpresseur, lequel implique une dépense d’énergie supplémentaire, notamment d’origine électrique. Nous proposions l’utilisation d’un réservoir gravitaire situé dans les combles pour éviter l’usage d’un surpresseur. La pression perdue, qui n’est pas facturée (puisque l’on paye le volume d’eau mesuré par le compteur), peut être récupérée. Nous proposons la récupération de cette énergie sous forme d’air comprimé, qui peut être stocké progressivement moyennant une rigueur dans l’étanchéité de la réserve et de ses raccords. Cet air comprimé peut servir au bricoleur à faire fonctionner des outils pneumatiques le week-end.
Schéma
Nomenclature explicative
Filtre à air : il peut avantageusement être précédé d’un sécheur d’air.
Lubrificateur d’air : attention, l’usage de lubrificateurs industriels n’est peut être pas adapté car ces derniers fonctionnent en pression, et avec un « fort » débit (effet venturi). Or, nous sommes dans le cas de très petits débits en dépression. Il peut être pertinent de réaliser soi même un lubrificateur adapté.
Clapets anti retour d’admission.
Clapets anti retour de refoulement.
Compresseurs d’air : ils peuvent être réalisés avec des vérins pneumatiques.
Clapet anti retour avant réserve : il permet d’éviter que les éventuelles légères fuites des raccords des conduits et des compresseurs eux mêmes ne vident la réserve.
Refoulement vers la réserve : il faut prévoir un décanteur en fond de réserve pour récupérer l’huile. Il peut s’avérer pertinent pour cette dernière, de laisser l’huile y rentrer. Un déshuileur intermédiaire peut être source de fuite, de plus, l’huile peut protéger la réserve de l’oxydation. Dans le cas d’un compresseur lent, un séchage post-compression n’est pas forcément pertinent, puisque les températures de refoulements sont très basses et le débit suffisamment lent pour favoriser le fonctionnement optimal du sécheur pré-compression.
Détecteur de pression seuil n°1 : il permet de mesurer la pression de refoulement, et ainsi, ouvrir les vannes 10 afin d’activer un vérin moteur supplémentaire. Avec ce principe, nous limitons la dépense d’eau en étant capable de l’adapter, dans une certaine mesure, à la pression de refoulement. Il s’agit d’un petit vérin pneumatique muni d’un ressort calibré de telle sorte qu’il n’ouvre les vannes qu’à partir de la pression de seuil choisie. Pour une compression à 10 bars, nous pouvons utiliser les seuils suivants : de 0 à 4 bars = utilisation d’un seul vérin moteur, de 4 à 7 bars, utilisation de deux vérins moteurs, de 7 à 10 bars, utilisation de trois vérins moteurs. Ces seuils dépendent évidemment de la section des vérins moteurs 12, 13 et 14 ainsi que de la section des vérins compresseurs 5. Ces détecteurs doivent impérativement être connectés avant le clapet anti retour 6, pour que leurs éventuelles légères fuites ne soient que temporaires.
Détecteur de pression seuil n°2 : il active le dernier vérin moteur disponible.
Vannes d’alimentation des vérins moteurs 12 : ils correspondent au seuil n°1 et sont activés par les détecteurs de pression de seuil 8.
Vannes d’alimentation des vérins moteurs 13 : ils correspondent au seuil n°2 et sont activés par les détecteurs de pression de seuil 9.
Vérins moteurs de seuil n°1 :leur corps (cylindre) peut être réalisé avec un tuyaux en cuivre et leur piston par une rondelle de caoutchouc percée type silentbloc. La tige peut ainsi être réalisée avec une tige filetée en acier inoxydable. En enserrant la rondelle de caoutchouc par des rondelles en acier inoxydable et des écrous freinés, nous pouvons moduler son serrage contre le tuyau. Ceci permet de compenser l’usure et garantir une bonne étanchéité. Il ne serait pas inutile de prévoir un drainage de la légère fuite d’eau possible coté tige. Cette fuite peut être récupérée. Ces vérins moteurs ne sont pas en liaison permanente avec le guidage linéaire, ils utilisent les poussoirs 21, cela évite qu’ils ne soient entrainés lorsqu’ils sont inactifs : la dépression et les frottements bloqueraient le système.
Vérins moteurs de seuil n°2.
Vérins moteurs principaux : ils sont en liaison permanente avec le guidage linéaire et donc avec les vérins compresseurs.
Clapets anti retour : ils empêchent le mouvement parasite des vérins moteurs de seuils n°1 et n°2 lorsqu’ils sont inactifs, au moment de l’échappement des vérins moteurs principaux.
Vannes d’échappement : elles libèrent l’eau motrice vers le réservoir ou le dégazeur de radon.
Vannes d’admission : elles alimentent les vérins moteurs avec la pression du réseau d’eau courante.
Cames : elles actionnent les vannes d’alimentation et d’échappement en fins de courses. L’alimentation et l’échappement en fin de course d’un système à mouvement linéaire composé d’actionneurs à fluide incompressible fera l’objet d’un autre article. Nous avons déjà évoqué cette difficulté dans l’article sur l’élévateur à pistons.
Poussoirs :ils permettent aux vérins moteurs de seuil n°1 et n°2 de transmettre l’énergie mécanique sans être entrainés par le vérin moteur principal lorsque ce dernier est seul à agir.
Guidage linéaire : il guide les tiges des vérins moteurs et permet la transmission de puissance mécanique entre les différents éléments.
Conclusion
Ce système peut être utile s’il est surtout réalisé avec des composants peu coûteux, récupérés par exemple. Il est utile si vous souhaitez récupérer la moindre quantité d’énergie à votre disposition. Rappelez vous que l’on paye le volume d’eau, sans considération de la pression à laquelle elle est délivrée chez vous. Si vous utilisez un réducteur de pression dans votre installation, alors cela signifie que vous vous privez d’une certaine quantité d’énergie que l’on peut considérer comme gratuite. Enfin, en comprimant de l’air, vous pouvez utiliser des outils pneumatiques sans utiliser le réseau électrique. L’étanchéité de la réserve d’air comprimé doit être très rigoureuse, pour que ce système ait un véritable sens, parce qu’il fonctionne par une lente accumulation quotidienne de l’air comprimé.
Dans le cadre du stockage pressurisé de certains gaz, comme le gaz de bois (gaz mortel), le biogaz ou encore le dihydrogène, il est très important d’éviter la contamination de le réserve par de l’air. En effet, comprimer du dioxygène avec un gaz inflammable peut, en plus de réduire la quantité d’énergie stockée dans la réserve, transformer cette dernière en véritable bombe. Nous avions déjà proposé un article sur la recontextualisation des compresseurs de réfrigérateurs, adaptés à l’évitement des contaminations car totalement étanches, mais procurant un débit limité. Nous ne pourrions pas, par exemple, faire fonctionner un gazogène de dimensions usuelles avec un seul de ces compresseurs. Avec la solution que nous proposons, il est possible d’utiliser un compresseur courant, bon marché, tels que ceux destinés à l’air, tout en surveillant le risque de fuites (ou plutôt d’intrusion) à l’admission. De plus, le moteur qui entrainerait ce compresseur pourrait être de toute nature : électrique, thermique, hydraulique, etc. Veuillez noter que le système ci dessous ne mentionne pas les soupapes de sécurité et autres clapets anti retour qu’il conviendra d’ajouter comme dans toute installation de compression.
3.1 Poulie réceptrice : la poulie d’origine est souvent à gorge trapézoïdale, et, qui plus est, munie d’un ventilateur. Pour fonctionner dans le bain d’huile, elle devra impérativement être remplacée par un pignon à chaine.
3.2 Carter de protection anti éclaboussures : il peut être pertinent d’utiliser un arbre de transmission intermédiaire, puisque les projections d’huile se feraient essentiellement dans le plan de la chaine (défini par les axes des pignons).
4. Moteur d’entrainement : ce dernier peut être de toute technologie, ce n’est qu’un concept qu’il conviendra d’adapter à votre contexte.
5. Tube de visualisation du niveau d’huile du compresseur.
5.1 Port de remplissage d’huile du compresseur, dans sa configuration normale.
5.2 Œilleton de contrôle du niveau d’huile du compresseur, dans sa configuration normale. Ici, il n’est plus utilisé, il est mentionné à titre indicatif.
5.3 Port de vidange du compresseur : il est utilisé ici pour relier le bas du tube de visualisation 5.1, permettant ainsi la vidange depuis l’extérieur du dispositif.
5.4 Détecteur inductif : il peut être doublé afin de détecter à la fois un niveau trop faible, au cas où la pression d’arrivée du gaz serait en mesure de refouler l’huile dans le bac 1, aussi bien qu’un niveau trop haut, lequel supposerait une migration de l’huile contenue dans le bac 1 vers le carter du compresseur.
5.5 Flotteur avec aimant ou masse métallique embarquée, il permet d’activer le ou les détecteurs inductifs mentionnés ci-dessus.
5.6 Vanne de vidange du compresseur.
5.7 Vanne de remplissage d’huile du compresseur.
5.8 Pot de remplissage d’huile du compresseur.
5.9 Vanne d’isolement et d’équilibrage des pressions : elle permet d’isoler l’arrivée de gaz lors de l’opération de correction du niveau d’huile du compresseur et permet de mettre le carter d’huile du compresseur dans une atmosphère de gaz, à la même pression qu’à l’admission.
5.91 Vanne de mise à l’air libre : elle permet de chasser la gaz qui doit se déplacer lorsque l’on corrige le niveau d’huile. Il est pertinent de la coupler mécaniquement à la vanne 5.9 afin d’éviter une fuite de gaz.
6. Tube de visualisation du niveau d’huile du bac 1.
6.1 Flotteur avec aimant ou masse métallique embarquée, il permet d’activer le détecteur inductif 6.2 en cas de niveau d’huile faible. La migration de l’huile du carter du compresseur vers le bac 1 est déjà gérée par le tube 5 et ses accessoires. Une baisse du niveau d’huile dans le bac 1 peut être synonyme d’une fuite à l’admission. Ce phénomène pourrait survenir avec de l’air sans l’immersion dans l’huile que nous proposons dans le cadre de cet article.
6.2 Détecteur inductif.
6.3 Reniflard de mise à l’air libre.
6.4 Vanne de vidange du bac 1, il permet aussi d’évacuer les précipités ainsi que l’eau qui pourrait se retrouver en fond de cuve.
7. Échangeur thermique : il permet de réutiliser les calories récupérées par l’huile sur la culasse du compresseur. Cette réutilisation peut prendre place dans n’importe quel contexte : préchauffage d’eau chaude sanitaire ou chauffage des locaux, etc.
8. Détecteur de gaz (en cas de fuite)
9. Enceinte de protection : elle permet d’éviter la contamination de l’huile par la poussière ambiante et évite les projections d’huile liée aux éventuels remous.
10. Échangeur thermique au refoulement, on pourrait l’attribuer à la partie traitement, mais cette dernière (filtration, séchage, etc.) doit prendre place après le refroidissement du gaz.
11. Déshuileur : il permet de retirer l’huile qui pourrait se retrouver dans le gaz comprimé. En général, un compresseur rejette toujours une petite quantité d’huile mélangé au gaz comprimé au refoulement. Cette huile doit en toute logique être celle du carter de lubrification. Dans notre cas, si une fuite à l’admission se produisait, nous serions susceptible de retrouver de l’huile en provenance du bac d’immersion dans le tube11.
11.1 Détecteur inductif.
11.2 Flotteur avec aimant ou masse métallique embarquée, il permet d’activer le détecteur inductif mentionné ci-dessus.
11.3 Vanne de vidange du tube 11. La vidange de ce tube ne requiert en général pas de vanne de mise à l’air libre supplémentaire, car la conduite est supposée être sous pression où contenir une pression résiduelle (selon la localisation des clapets anti retour notamment).
Conclusion
En ajoutant une astuce technologique à une autre, préexistante, nous pouvons nous affranchir de certaines nécessités. Nous pourrions en effet être tentés d’utiliser un compresseur haut de gamme spécialisé dans les « gaz sensibles », mais beaucoup trop couteux en terme de pièces détachées et d’acquisition. Dans ce cas, la gestion de l’immersion dans l’huile est une solution « détournée » relativement facile à mettre en œuvre. Ainsi, il devient possible de gérer les risques plutôt que de conclure à l’impossibilité (en sécurité) de comprimer des « gaz sensibles » dans un contexte où la ressource financière est insuffisante pour l’acquisition de matériels spécialisés.
Sablage, grenaillage et microbillage sont des procédés qui consistent à propulser sur un objet à décaper, par l’intermédiaire d’un fluide en mouvement, un « média » de décapage qui peut être du sable, de la grenaille métallique ou des billes de verre. Ce procédé s’utilise aussi pour créer un état de surface granuleux sur des pièces de matériaux divers, pour opacifier le verre par exemple. Le grenaillage permet aussi l’écrouissage des surfaces métalliques.
Le schéma ci-dessous résume les différents procédés les plus répandus. Dans les procédés de sablage on peut parfois injecter de l’eau dans le pistolet pour éviter la formation de nuages de poussière. Si le sablage est pratiqué en cabine, la récupération et le recyclage du média sont possibles.
Solution proposée : la sableuse hybride.
Nous proposons un procédé qui mélange plusieurs concepts existant déjà dans les systèmes de sablage présentés dans l’introduction. Il élimine un problème récurrent : l’humidité du sable. À l’exception du microbillage où le sable est maintenu en suspension dans l’eau, tous les autres procédés ont besoin que le sable soit parfaitement sec. En effet, humide, il obstrue les conduits : c’est pour cette raison que l’on retrouve souvent une vanne montée en by-pass pour faciliter le débourrage du tuyau de sable.
Le système que nous proposons est similaire à la sableuse « pression », mais ce n’est plus de l’air qui pressurise le réservoir de sable, c’est de l’eau ! L’eau sous pression a pour conséquence de fluidiser le sable en circulant entre les grains. Le sable n’obstrue jamais le tuyau : maintenu humide, il n’y a donc plus à se soucier de la qualité de son séchage.
Il faut toutefois noter que, comme pour le microbillage, l’eau injectée est projetée sur la pièce à décaper, et cela constitue une dépense d’énergie supplémentaire. En général, la sableuse à sable sec est la plus efficace pour décaper, et c’est le microbillage qui permet d’obtenir le plus bel état de surface. L’eau projetée ajoute cependant une fonction de nettoyage/dégraissage.
Schéma de principe
Avec ce procédé, la récupération du sable, pour une utilisation en cabine, nécessite une seconde cuve. Le procédé de la sableuse à pression est donc moins souvent utilisé avec une cabine, c’est le procédé venturi type 2 qui est le plus souvent associé aux cabines. La seconde cuve récupère le mélange de sable et d’eau pendant que l’on utilise la première, maintenue sous pression.
Schéma détaillé
Nomenclature explicative
1. Réservoirs pressurisables : ils doivent résister à la pression d’eau et être étanches. Il est possible de les réaliser en PVC pression ou d’évacuation à condition que ce dernier soit armé. Du ruban adhésif armé permet de renforcer considérablement le PVC d’évacuation. En dépit de son aspect « bricolage » au sens péjoratif, cette solution est fiable et peu coûteuse.
2. Tuyaux filtrants : ce sont des tubes PVC perforés de petits trous et dans lesquels une chaussette en intissé joue le rôle de filtre, permettant la séparation de l’eau et du sable.
3. Partie non perforée : il s’agit d’une zone du tuyau 2 qui n’est pas perforée, elle préserve ainsi une certaine hauteur de sable autour de laquelle l’eau ne peut pas s’infiltrer, garantissant ainsi que du sable soit entraîné par l’eau sans discontinuité dans la conduite allant au pistolet de sablage.
4. Couvercle étanche avec raccord d’alimentation : ce couvercle est muni d’une traversée de cloison et d’un raccord rapide pour la connexion du tuyau en provenance de la pompe. Il s’intervertit entre les cuves 1 selon leur phase d’utilisation.
5.Couvercle avec raccord d’évacuation : ce couvercle supporte un tube d’évacuation en PVC et permet d’y raccorder la pipe d’évacuation souple 7, il est dans l’idéal muni d’une prise d’air.
6. Tuyau souple : tuyau en provenance de la pompe et muni d’un raccord rapide pour sa connexion au couvercle 4.
7. Pipe d’évacuation souple : elle permet de diriger facilement le retour du mélange d’eau et de sable en provenance du fond de la cabine de sablage vers le réservoir en phase de récupération.
8. Vanne de récupération d’eau : elle doit être fermée sur le réservoir en cours d’utilisation et ouverte sur le réservoir en phase de récupération.
9. Vanne de départ sable : elle doit être ouverte sur le réservoir en cours d’utilisation et fermée sur le réservoir en phase de récupération.
Pistolet de sablage adapté
Nomenclature explicative
1. Buse : réalisée avec un mamelon de plomberie en acier ou en acier inoxydable, il est fortement recommandé d’y ajouter un revêtement céramique pour augmenter sa résistance à l’abrasion.
2. Réducteur : sa conicité permet de créer la configuration venturi.
3. Té 45°.
4. Tube injecteur d’air.
5. Bouchon percé : le trou au centre permet de braser ou de souder (selon les matériaux utilisés) le tube injecteur 4.
6. Adaptateur réducteur.
7. vanne d’air.
8. Ressort de rappel.
9. Gâchette : elle peut être réalisée avec un levier de décompresseur de mobylette, par exemple.
10. Câble de transmission.
11. Raccord hydraulique : connexion du tuyau de sable et d’eau.
12. Raccord pneumatique : connexion du tuyau d’air comprimé.
Conclusion
Nous avions déjà évoqué la concaténation de certaines solutions dans l’article sur le tout ou rien. Mais ici, il est aussi nécessaire de connaître le procédé de fluidisation d’un matériau pulvérulent, issu d’une culture technologique d’une part et d’un sens pratique de la quantification des phénomènes d’autre part. C’est à dire qu’il faut avoir expérimenté suffisamment de « bricolages » ou de systèmes technologiques industriels pour pressentir que, maintenu sous pression d’eau, le sable ne colmatera pas un tuyau d’un diamètre de 15 ou 20 mm. La dépression induite par le pistolet venturi reste néanmoins nécessaire à la sortie rapide du sable.
Nous proposons ici un concept qui consiste à échanger la chaleur des gaz d’échappement d’une machine thermique (moteur automobile par exemple) lorsqu’ils sont sous pression. Nous ferons appel au tube de Ranque-Hilsch plutôt qu’à un détendeur (option plus simple, qui reste toujours possible) mais avec un doute sur son efficacité avec les gaz d’échappement qui devraient être théoriquement débarrassés de l’eau qu’ils contiennent. L’excellente condensation de l’eau lorsque les gaz d’échappement sont sous pression est une aide précieuse au séchage. Cependant, il peut être nécessaire d’ajouter un dispositif utilisant, par exemple, du gel de silice afin de parfaire le séchage. La présence d’eau pourrait en effet entraver partiellement voire totalement le fonctionnement du tube, avis aux expérimentateurs. Le tube de Ranque-Hilsch joue à minima le rôle de détendeur, mais sa sortie côté froid, en cas de fonctionnement défaillant, ne ferait pas l’objet d’une récupération de chaleur, avec le schéma proposé. Dans ce cas il serait préférable de remplacer le tube par un simple détendeur. On notera également que, contrairement à une pompe à chaleur à compression thermique, les pistons du moteur ne transmettent que des efforts internes au vilebrequin du fait de l’absence de transmission mécanique externe. Nous n’avons notamment plus le phénomène de torsion totale du vilebrequin lorsque le piston le plus éloigné du « disque d’embrayage » est moteur. Un tel dispositif utiliserait de préférence un régime moteur très faible (ralenti) afin de minimiser les vibrations et garantir une durée de vie importante, surtout dans le cas d’un moteur « récupéré ». Nous pouvons par exemple conseiller l’utilisation d’un moteur FIRE (équipant principalement les modèles de la marque FIAT), car certains d’entre eux ont pour particularité de ne pas se détériorer en cas de défaillance de leur courroie de distribution. Cela peut être particulièrement intéressant pour une machine devant fonctionner en continu.
Schéma
Nomenclature explicative
1. Carburateur à gaz : il remplace le carburateur à essence d’origine du moteur.
1.1 Arrivée de GPL (butane ou propane) ou de gaz de ville (méthane).
1.2 Arrivée d’air.
2. Moteur à gaz : constitué d’un moteur à essence automobile à carburateur.
2.1 Admission.
2.2 Échappement.
2.3 Retour du circuit de refroidissement.
2.4 Départ circuit de refroidissent.
3. Clapets anti retour : au nombre de un par cylindre, ils servent à empêcher la contre pression de 10 bars d’ouvrir les soupapes d’échappement. Ces dernières sont usuellement ramenées par des ressorts à l’exception des moteurs desmodromiques.
4.Échangeur : il transfère la chaleur des gaz d’échappement au circuit de chauffage.
5. Limiteur de pression : c’est une soupape de sécurité qui limite la pression aux alentours de 10 bars.
6. Récupérateur de condensats : il récupère les condensats et doit être particulièrement efficace pour ne pas entraver le bon fonctionnement du tube de Ranque-Hilsch.
7.Tube de Ranque-Hilsch : c’est le système qui permet de pomper la chaleur via une alimentation en gaz sous pression.
7.1 Alimentation du tube de Ranque-Hilsch
7.2 Sortie chaude du tube de Ranque-Hilsch
7.3 Sortie froide du tube de Ranque-Hilsch
8. Échangeur : il transfère la chaleur pompée par le tube de Ranque-Hilsch dans le circuit de chauffage.
9. Échangeur : il transfère la chaleur de la culasse du moteur à gaz dans le circuit de chauffage.
10. Vanne trois voies : elle permet, selon une comparaison automatique de la température extérieure avec celle des gaz d’échappement, d’utiliser ou non l’échangeur 10.
11.Échangeur coaxial gaz d’échappement/air ambiant.
12. Filtre à air : filtre à air du moteur.
13. Échappements définitifs : situés à l’extérieure du bâtiment, ils évacuent les gaz brûlés. Il est possible, du fait du caractère stationnaire de l’installation, d’utiliser des pots d’échappement très silencieux car l’encombrement importe peu.
14. Retour chauffage : retour froid du circuit de chauffage.
15. Départ chauffage : départ chaud du circuit de chauffage.
16. Vase d’expansion : vase d’expansion du circuit de refroidissement d’origine du moteur thermique.
Conclusion
Une fois de plus nous n’avons pas décrit les importants dispositifs de sécurité qui doivent compléter une telle idée. Vous remarquerez aussi qu’il faut apporter un soin tout particulier à la réalisation de la tubulure d’échappement qui est alors sous pression, ceci afin d’éviter tout risque de fuites pouvant induire des intoxications mortelles au CO ou des asphyxies.
Dans le cadre d’un stockage d’énergie à petite échelle, il peut être intéressant d’utiliser l’air comprimé. Les ingénieurs et autres techniciens crieront au scandale en insistant sur le mauvais rendement de cette technologie. Encore une fois, il convient de comprendre qu’il existe des contextes dans lesquels le système ci-proposé peut convenir. Par ailleurs nous préconisons l’utilisation de l’énergie thermique générée par la compression de l’air, pour préchauffer l’eau chaude sanitaire ou contribuer au chauffage d’une habitation.
Le contexte approprié pourrait être, entre autres, celui d’un surplus d’énergie produit par une installation solaire ou encore celui d’une petite turbine hydraulique ayant un fonctionnement continu. L’air comprimé peut notamment servir à alimenter des outils pneumatiques.
Schéma
Nomenclature explicative
1. Admission d’air : l’arrivée d’air doit au moins être filtrée, mais nous ne pouvons que recommander un traitement de l’air avancé comme nous le suggérons dans l’article sur le sécheur d’air. Nous recommandons cependant l’ajout d’un lubrificateur à ce système. En effet, le vérin 9 utilisé n’est pas initialement prévu pour être un compresseur et doit être lubrifié. L’huile serait ensuite récupérée en fond de cuve ou dans un décanteur dédié se situant entre la sortie 14 et la cuve. Pour ne pas construire inutilement plusieurs sécheurs d’air, nous recommandons de créer un bypass entre le sécheur d’air du compresseur alimentant l’entrée 11 et le compresseur lent. Pour désactiver le compresseur lent lors de l’utilisation du compresseur standard, l’ouverture de la vanne 7 est nécessaire ainsi qu’une mise à l’air libre de l’admission via un filtre. Ces options ne sont pas représentées sur le schéma.
2. Clapet anti-retour : il permet l’admission de l’air dans la chambre du vérin contenant la tige. On y admet de l’air afin de refroidir l’alésage de la tige et le corps du vérin. Cet air est ensuite réinjecté dans l’autre chambre, celle qui remplit la fonction de compression finale. Ainsi nous forçons les calories à retourner tant que possible dans l’air refoulé.
3. Clapet anti-retour : il permet le refoulement de l’air de refroidissement de la tige dans la chambre utile.
4. Clapet anti-retour : il permet l’admission de l’air dans la chambre utile.
5. Vérin/pompe/compresseur : vérin pneumatique ou équivalent.
6. Transmission : il s’agit de la source d’énergie mécanique primaire utilisée pour comprimer l’air. Il peut s’agir d’énergie éolienne, hydraulique, ou issue d’un moteur Stirling. Libre place à l’imagination : tout dépend du contexte et des objectifs.
7. Vanne: elle permet de « débrayer » pneumatiquement le système. S’il s’agit d’une électrovanne, cela peut s’inscrire dans le cadre d’une gestion automatisée. Nous conseillons tant que possible, lorsqu’il s’agit de systèmes de traitement d’énergies, d’utiliser des électrovannes bistables capables de se passer de l’alimentation permanente d’une bobine électrique, ceci afin d’augmenter la durabilité du système ainsi que sa consommation d’énergie.
8. Clapet anti-retour : refoulement du compresseur lent .
9. Échangeur thermique : il permet la récupération de la chaleur perdue lors de la compression de l’air. Elle peut, par exemple, être utilisée pour préchauffer de l’eau chaude sanitaire.
10. Clapet anti-retour: c’est le clapet de refoulement du compresseur alimentant l’entrée 11.
11. Arrivée pilotée : il s’agit du raccordement du refoulement d’un compresseur standard d’atelier par exemple .
12. Perte de charge : semblable à un détendeur, elle permet, lorsque l’on priorise la production de chaleur, d’obtenir une pression quasiment constante au refoulement, dépendant peu de l’état de la réserve.
13. Vanne : elle permet de bypasser la perte de charge, laissant ainsi le choix entre priorisation de la production de chaleur ou d’air comprimé. Encore une fois, il peut s’agir d’une électrovanne pilotée par une intelligence de commande.
14. Raccordement au réservoir d’air comprimé.
15. Limiteur de pression : cette soupape de sécurité est un accessoire obligatoire.
Vous êtes vous déjà demandé ce que vous pourriez faire en cas d’incendie dans votre maison ? Si vous avez un extincteur, vous pouvez tenter de l’utiliser avant l’arrivée des pompier. Pour un incendie bien amorcé, un petit extincteur sera utilisé en vain.
Nous proposons d’utiliser la recontextualisation et les loisirs techniques pour gérer un système de lance à incendie très technique propulsant de la mousse de CO2. C’est un bon exemple de la fabrication d’un appareillage très efficace à relativement « haute technicité » dont l’accessibilité au particulier est le résultat de la recontextualisation.
Schéma
Nomenclature explicative
Jauge 1 : elle permet de surveiller le niveau d’eau dans le réservoir 2.
Réservoir pressurisé 2 : il contient l’eau et l’air comprimé, il est constitué d’un ou plusieurs ballons d’eau chaude sanitaire dont l’usage est détourné. Il peut donc être un appareil recyclé dont les résistances électriques (ne nous intéressant plus dans ce cas) sont fichues. Il convient toutefois d’utiliser un ballon d’une région où l’eau est peu calcaire, et dont l’état général est bon.
Vanne d’air 3 : cette vanne permet de purger le dispositif pour les maintenances éventuelles. Il est possible d’automatiser le maintien de la pression d’air via un port auxiliaire.
Vanne d’eau 4 : elle permet la vidange pour la maintenance et le remplissage d’eau du réservoir 2.
Pressostat 5 : il permet de surveiller la pression d’air dans le réservoir 2, en générant soit une alerte, soit une consigne de remise en pression. L’information qu’il génère peut être utilisée dans un système de sécurité permettant d’informer d’un défaut d’étanchéité, etc.
Réservoir d’agent moussant 6 : il contient un agent moussant. Par exemple du bain moussant acheté en supermarché.
Vanne réglable 7 : cette vanne réglable doit permettre de modifier le débit d’agent moussant.
Venturi 8 : il permet l’aspiration d’agent moussant et son mélange dans l’eau.
Bouteille de CO2 9 : c’est la réserve de CO2, elle peut être constituée de bouteilles consignées dédiées à la soudure comme de bouteilles à usage unique utilisées en aquaculture. Il faut être prudent quant à la localisation de cette réserve. En effet, une fuite peut générer un risque important d’asphyxie. Il convient d’équiper d’un détecteur de gaz le local où se situe la réserve.
Manodétendeur 10 : il régule la pression du CO2 qui alimente le venturi 12, la valeur de la pression ne doit jamais permettre le refoulement du CO2 dans l’eau. Selon le comportement du venturi 12, il sera peut être nécessaire d’asservir le manodétendeur selon la pression du réservoir 2. À confirmer par l’expérience.
Échangeur thermique 11 : cet échangeur thermique est constitué d’une spire de cuivre plongée dans un réservoir d’eau à température ambiante (12°C par exemple, dans une cave) et empêche la détente du CO2 de geler l’eau dans le venturi 12.
Venturi 12 : il permet de créer une dépression permettant l’injection de CO2 dans la conduite, bien que le détendeur 10 soit réglé à une pression inférieure à celle du réservoir 2.
Sortie 13 : elle alimente le réseau de lance à incendie, qui elles mêmes peuvent être réalisées à partir de matériels à usage détourné.
Les compresseurs d’air provoquent tous la condensation de la vapeur d’eau liée à l’augmentation de la pression dans la cuve. Cette eau s’accumule au fond de la cuve et il convient de purger le compresseur après chaque utilisation. Si de l’eau stagne longtemps dans la cuve, elle peut provoquer l’oxydation de cette dernière et dans ces conditions le compresseur peut se trouer voire exploser.
Nous proposons donc une solution d’amélioration de vos compresseurs afin d’augmenter leur durée de vie en réduisant la corrosion. Il existe différents types de sécheurs d’air industriels similaires utilisés avant et/ou après compression. La première étape la plus évidente et la moins répandue serait de tenter de retirer l’humidité de l’air avant même qu’il n’atteigne les têtes de compression. La plupart des sécheurs d’air que l’on retrouve dans le commerce industriel sont des sécheurs post-compression. Ils fonctionnent généralement par adsorption ou par réfrigération. Nous proposons des méthodes accessibles au particulier, par l’utilisation de gel de silice (adsorption) et d’un refroidissement rigoureux de l’air après sa compression.
Séchage pré-compression
Nomenclature explicative
Filtre à air primaire : c’est un filtre à air conventionnel.
Clapet anti retour : c’est un un clapet anti retour avec ressort, du type hydraulique et d’un diamètre conséquent. Il permet d’éviter à l’humidité ambiante d’être absorbée par l’hydroxyde de silicium lorsqu’on ne se sert pas du compresseur.
Bocal transparent : c’est le conteneur de l’hydroxyde de silicium, il doit être transparent pour pouvoir visualiser le niveau de gel de silice solide restant.
Hydroxyde de silicium : il est utilisé dans les absorbeurs d’humidité, c’est lui qui sèche l’air. Notez que le gel de silice ayant absorbé l’eau tombe dans le seau en plastique et que l’on peut le régénérer en le portant à ébullition.
Couvercle perforé : il doit comporter des trous suffisamment petits pour empêcher l’hydroxyde de silicium solide de tomber dans le seauet suffisamment nombreux pour autoriser le passage aisé de l’air.
Filtre à air secondaire : c’est un filtre réalisé à partir d’un silencieux pneumatique par exemple, il évite l’aspiration de cristaux d’hydroxyde de silicium.
Seau en plastique : il supporte le système et recueille l’hydroxyde de silicium saturé en eau.
Filtre à air tertiaire : du type décanteur, il permet de stocker les éventuelles poussières de gel de silice résiduelles qui pourraient endommager le compresseur.
Sécheur d’air pré-compression seconde version (recommandée)
Nous proposons une autre version plus facilement réalisable. Le débit maximum possible est plus important, compte tenu du remplacement du bocal transparent par un tuyau d’évacuation en PVC. Une traversée de cloison permet son raccordement au seau en plastique. Veuillez noter que les clapets anti retour, qui peuvent être en PVC, doivent être orientés de telle sorte qu’ils empêchent le contact de l’hydroxyde de silicium avec l’air ambiant. Ils doivent être positionnés de façon à ce que la bille soit en appui sur le siège lorsque le compresseur est à l’arrêt. Cette solution est plus économique que le clapet à ressort. Compte tenu des enjeux (en termes de sécurité) nous ne considérons plus comme impératif le fait que les traversées de cloisons soient toutes immergées dans la solution d’hydroxyde de silicium. Ceci simplifie les manipulations lors de l’opération de vidange du seau.
Précautions complémentaires
Il convient de veiller à ce que le passage de l’air soit le plus facile possible afin de minimiser la dépression dans l’ensemble de l’admission du compresseur, dont fait partie le déshumidificateur, ceci afin d’éviter l’implosion du seau en plastique. Il est donc nécessaire d’utiliser des diamètres importants pour les différents composants (filtres, clapets, etc.).
Séchage post-compression
Nomenclature explicative
1. Refroidisseur: il provoque la condensation de l’eau contenue dans l’air comprimé qui a subi un échauffement. Il peut être de plusieurs natures, air/air ou air/eau, c’est à vous de voir. Des calculs fins de thermodynamique et de thermique sont possibles, mais si vous n’êtes pas sûr de vous, vous pouvez toujours surdimensionner cet échangeur.
2. Soupape de sécurité: c’est une suggestion de localisation d’une des soupapes de sécurité obligatoires (limitation de pression).
3. Pot décanteur: il récupère les condensats issus de l’échangeur 1.
4. Tube de visualisation: en matériau plastique épais (afin de résister à la pression), il permet de visualiser le niveau des condensats.
5. Cartouche d’hydroxyde de silicium: en ligne, l’intégralité du débit d’air doit la traverser.
6. Tube de visualisation: il récupère la solution saturée qui provient de la cartouche 5.
7. Cuve : elle peut avantageusement être constituée de bouteilles de gaz récupérées (attention : il est impératif, pour ne pas en faire des bombes, de les remplir d’eau entièrement avant de les re-vidanger. Grace à cette méthode, tout le gaz résiduel en sera chassé). Les cuves neuves dédiées à l’air comprimé sont relativement coûteuses. En version acier peint, 100 L = 250 Euros H.T., 500 L = 500 Euros H.T. Nous ne parlons pas des versions galvanisées et en aciers inoxydables encore bien plus onéreuses.
8. Vanne d’isolement : elle permet de faire la maintenance des accessoires ci-mentionnés sans vider la cuve. Les purges d’eau doivent se faire sous pression.
9.Tube de visualisation : il récupère les condensats qui auraient réussi à se frayer un chemin jusqu’en fond de cuve.
10. Manchon réservoir: en acier inoxydable ou en cuivre, il est destiné à contenir de la paille de fer (laine d’acier), surtout pas inoxydable, qui joue le rôle de fusible oxydatif.
11.Vannes de purge: elles permettent la vidange de l’eau et de la solution d’hydroxyde de silicium saturée en eau.
Remarques complémentaires
La liaison entre le tube 6 et la cuve n’est pas anodine, elle doit empêcher le ruissellement de la solution d’hydroxyde de silicium vers le tube 9 et le manchon 10. Elle est donc réalisée avec une pente montante (dans le sens du débit).
Conclusion
Il est possible, à moindres frais, d’apporter des améliorations considérablement avantageuses à votre compresseur, si vous acceptez de vous retrousser un peu les manches, le temps de faire un peu de plomberie.
Sur le net, nombreux sont les bricoleurs qui cherchent à fabriquer des brûleurs pour valoriser les huiles végétales usagées. Il y a deux grandes méthodes principalement utilisées. Tout d’abord le brûleur « pot » qui fonctionne comme un poêle à mazout et qui consiste en un pot rempli d’huile dont une flamme émane de la surface du combustible. Ces systèmes ne permettent pas leur intégration dans une chaudière standard et conviennent pour les poêles. Voici un exemple d’un poêle à huile bien réalisé :
Ensuite il y a la famille des bricolages qui tentent d’utiliser un système venturi où un flux d’air comprimé pulvérise l’huile. Ces brûleurs sont, par exemple, constitués d’une sphère munie d’une fente ou d’un trou autour de laquelle l’huile s’écoule, ce système est dit « brûleur Babington » :
Industriellement, les optimisations donnent des résultats efficaces, ce qui est rarement le cas en bricolage. D’autres tentent d’utiliser des pistolets à peinture. Ces deux technologies sont difficiles à optimiser. En effet, le flux d’air ne peut être réglé indépendamment du flux d’huile car ils sont liés par la technologie propre de pulvérisation, comme vous l’aurez compris. La principale difficulté de ces systèmes est le réglage de la finesse de la pulvérisation et du débit d’huile. La plupart des bricolages de ce type utilisent un récupérateur de gouttelettes et des tubes catalyseurs pour tenter de brûler toutes les gouttelettes :
D’autres tentent simplement de convertir des brûleurs standard au fioul en brûleurs à huile. Mais là, attention aux dégâts, la viscosité du fioul domestique n’est pas du tout la même que celle de l’huile végétale, et ce malgré l’utilisation de systèmes de préchauffage. D’autres brûleurs industriels à huiles assument simplement la viscosité différente en utilisant des pompes volumétriques dimensionnées en conséquence. Dans tous les cas, ne tentez jamais d’utiliser de l’huile dans un brûleur destiné au fioul domestique, cela peut être dangereux.
Le brûleur à cartouche pressurisée.
S’il n’est pas impossible de fabriquer un brûleur à huile par une pompe volumétrique adaptée ou un système venturi, il existe cependant une autre solution que nous n’avons pas encore évoquée et qui a pour avantages :
pas d’utilisation de pompe volumétrique chère et sensible,
l’utilisation possible de gicleurs standard fioul ou huile procurant un brouillard fin,
une indépendance du flux d’air et d’huile,
surpression ou dépression impossible en cas de bouchage des conduites ou des filtres.
Cette méthode qui ne semble pas du tout répandue dans la communauté des constructeurs de brûleurs à huiles est pourtant la plus répandue dans notre vie quotidienne. C’est celle qui consiste à pressuriser le fluide avec un gaz à la manière des sprays. Elle a toutefois un inconvénient, le brûleur ne peut pas fonctionner de manière continue, le plus long cycle de flamme possible dépend de la quantité d’huile pressurisée dans la cartouche. Pour un cycle plus long, il y aura forcément une interruption avec la conception proposée. Cependant les chaudières à fioul fonctionnent usuellement par cycles intermittents, et dans ce cas, l’utilisation d’une cartouche pressurisée est transparente pour l’utilisateur. Il est néanmoins possible de palier le problème de l’intermittence par l’utilisation de deux cartouches pressurisées indépendantes utilisées alternativement. La cartouche pleine prendrait le relais de la cartouche vide qui s’apprêterait à être rechargée, garantissant ainsi la continuité de la flamme.
La cartouche pressurisée est le cœur du système, elle contient l’huile combustible et l’air comprimé. Elle peut par exemple être réalisée avec une nourrice en laiton. Elle a quatre entrées/sorties. En bas se situe la connexion au circuit d’huile. Au milieu on trouve la sortie de débordement qui permet de détecter le remplissage de la cartouche. La connexion au circuit d’air comprimé se fait en haut. En haut, dans l’axe, on trouve la traversée de cloison de la conduite d’alimentation du gicleur. Enfin, le bas de la cartouche peut être équipé d’un bouchon facilitant la maintenance.
Le gicleur est un gicleur standard pour fioul avec un débit accru (compensation de la viscosité) ou pour huile végétale. Dans le cas de l’utilisation d’un gicleur à fioul « surdimensionné » il conviendra de comprendre que ses indications nominales de débit ne seront plus exactes dans cette application.
L’électrovanne de purge d’air sert à éliminer la pression résiduelle en fin de cartouche. La détection de la fin de cartouche peut se faire de plusieurs manières : soit par une temporisation, soit par la chute de pression détectée par le pressostat 12. Il est exact que la pression en fin de cycle sera plus basse que lorsque l’huile occupait davantage de volume en début de cycle. Si cette différence de pression est jugée inacceptable pour la constance du cycle, alors il est possible de la minimiser en augmentant le volume d’air comprimé. Plus la pression sera élevée et moins la différence se fera ressentir. Vous pouvez aussi réguler la pression en cours de cycle, mais il faudra détecter la fin de cycle autrement que par la chute de pression. Il convient donc de choisir un gicleur tel que la pression initiale nécessaire ne soit pas non plus trop faible. Il y a un compromis à trouver, dans tous les cas il faut expérimenter pour obtenir les bonnes valeurs de pression et de débit, selon la puissance désirée.
Le compresseur comprime l’air qui pressurise la cartouche. Il doit probablement dépasser les 10 bars, vous pourriez tenter d’utiliser un compresseur de réfrigérateur recontextualisé avec les précautions d’usage expliquées dans l’article à ce sujet.
L’électrovanne de détection de remplissage permet l’écoulement du trop plein d’huile en autorisant son écoulement vers le module de détection de remplissage. L’électrovanne de purge d’air 3 doit être maintenue ouverte pendant cette étape, afin de ne pas demander à la pompe de transfert 14 de fournir de la pression.
Nous avons utilisé un exemple avec un détecteur capacitif mais ce pourrait tout à fait être un flotteur ou un pressostat de machine à laver recontextualisé. L’ensemble de détection remplissage fonctionne par « débordement ». Un réservoir fuyard suspendu à un ressort pourrait permettre aussi l’utilisation d’un détecteur mécanique.
L’évent permet à l’huile de s’écouler correctement, bien que l’électrovanne de purge soit déjà ouverte. Cela compense l’éventuelle finesse de la conduite de débordement.
Le trop plein de sécurité permet d’absorber intégralement le débit de la pompe de transfert 14 qui ne peut s’écouler rapidement par le trou calibré 9.
Le trou calibré permet, lors du remplissage, de freiner le débit de la pompe de transfert 14, stockant ainsi une quantité d’huile atteignant le détecteur 6 (quelle que soit sa technologie).
Le clapet anti retour empêche le retour de pression de la cartouche vers le compresseur 4.
Le clapet anti retour empêche le retour de pression de la cartouche vers la pompe de transfert 14.
Le pressostat détecte les seuils de pression dans la cartouche, pour commander le compresseur et/ou l’arrêt de l’alimentation du gicleur.
Le limiteur de pression empêche les surpressions accidentelles. Si la conduite de retour doit être immergée, c’est parce qu’il existe éventuellement un risque d’échauffement de l’huile en sortie du limiteur, un contact de cette dernière avec l’air libre pourrait éventuellement l’enflammer spontanément ou à l’aide d’une cause externe. C’est une précaution discutable, car aux pressions évoquées dans cette conception, ce risque reste minime.
La pompe de transfert d’huile remplit la cartouche entre chaque cycle de flamme.
Ce filtre est le dernier avant le gicleur.
Le silencieux réduit le niveau sonore de la purge d’air de la cartouche entre les cycles.
L’électrovanne du gicleur pilote son alimentation en huile sous pression.
Dans une telle conception, les deux retours d’huile principaux ne devraient jamais être immergés dans le fluide, mais toujours être à l’air libre pour permettre l’écoulement de l’huile. En revanche le retour du limiteur de pression doit impérativement être immergé afin d’éviter toute inflammation instantanée lors d’une éventuelle arrivée à l’air libre. Il est aussi nécessaire de gérer le niveau minimal du réservoir pour maintenir l’immersion des retours. Il y aurait sans doute d’autres manières de gérer les détections de remplissage et de fin de cycle, que nous sommes libres d’imaginer. N’oubliez pas que les règles de sécurité relatives au fonctionnement général des brûleurs ne sont en aucun cas décrites dans cet article. Il ne s’agit ici que de la description d’un concept d’une hypothétique partie de la technologie nécessaire au fonctionnement d’un brûleur.
Conclusion
Cet exemple de suggestion est un sujet qui met clairement en avant l’efficacité de l’indépendance de l’esprit qui ne tombe pas dans le mimétisme. Nous pouvons nous affranchir de nombreuses contraintes telle que l’acquisition d’une pompe à haute pression spécifique et couteuse en utilisant des solutions détournées. Veuillez noter qu’il est parfaitement possible de réutiliser la structure et aussi le module de sécurité, en fait, l’intégralité d’un brûleur à fioul domestique en en excluant seulement la pompe haute pression. En effet, c’est un signal envoyé à une électrovanne simultanément à l’alimentation des électrodes qui est le point de départ de la flamme dans les brûleurs à fioul domestique. Il suffirait donc de réaliser un module indépendant, comme nous l’avons suggéré, qui gèrerait la cartouche pressurisée. Pour le brûleur d’origine, cela serait « transparent », la cartouche pressurisée mimant la présence de la pompe haute pression. Il serait judicieux, par exemple, en série sur le thermostat de la chaudière, de placer un contact commandé par le gestionnaire de la cartouche pressurisée et qui jouerait le rôle d’information « cartouche prête ».
Dans le domaine de la récupération, les compresseurs de réfrigérateur sont un classique. Leur récupération correcte et en toute sécurité pour l’environnement et les personnes est malheureusement très rarement pratiquée. Il ne faut jamais tenter de récupérer un compresseur de réfrigérateur soi même. Il faut de préférence demander aux spécialistes du recyclage des appareils frigorifiques de vous en fournir un généreusement. Autrement, il est tout à fait possible d’acheter un compresseur de réfrigérateur neuf sans gaz pour environ 150 Euros. Quoi qu’il en soit, dans un usage détourné il faut impérativement être conscient de la structure interne de ces compresseurs. Leur utilisation en compression de gaz pour le stockage de l’énergie (air ou biogaz) nécessite des précautions toutes particulières et rigoureuses. Tout d’abord, pour comprendre la structure interne de ces compresseurs, je vous invite à visionner cette vidéo :
Ces compresseurs, vous l’aurez compris, ont comme particularité que le fluide pompé est directement en contact avec l’huile de lubrification qui refroidit aussi le moteur. De la même manière, le fluide pompé est directement en contact avec les bobinages et les paliers du moteur. N’utilisez donc jamais ce type de compresseur pour des mélanges de gaz inflammables comme le mélange H2-O2. De plus, ces machines sont initialement destinées à pomper un fluide en circuit fermé qui ne contient potentiellement qu’une quantité finie d’impuretés.
Ce type de compresseur a cependant comme avantage d’avoir une étanchéité et une qualité supérieure. En effet, avec un compresseur d’air standard les légères fuites ne seraient pas dangereuses, contrairement à une fuite de gaz frigorigène.
Les règles à respecter
1) Déshumidifier et filtrer soigneusement le gaz à l’aspiration.
2) Installer un système de visualisation du niveau d’huile.
3) Placer un orifice de remplissage d’huile.
4) Rajouter un déshuileur au refoulement.
Vous noterez que le filtre à gaz est immergé d’ans l’huile. Cela permet d’une part de visualiser les fuites (présence de bulles) mais aussi de garantir une non contamination du gaz par de l’air en cas de dépression accidentelle. Veillez d’ailleurs à ce que les composants prévus pour fonctionner sous pression, tel qu’un filtre à gaz, ne soient jamais soumis à des dépressions et vice versa. Des détecteurs de niveaux d’huile sont envisageables. En ce qui concerne le déshuileur, vous remarquerez qu’à l’arrêt du compresseur, seule la pression résiduelle de la conduite de refoulement permet aux condensats de s’évacuer. S’il existe une légère pression à l’admission, il est envisageable qu’elle traverse les clapets du compresseurs. La purge du déshuileur devra donc se faire juste après un cycle de compression. Enfin, s’il n’y a pas d’entrée d’aspiration secondaire, la conduite à l’entrée d’aspiration n°2 peut tout à fait être raccordée à l’unique entrée.
Conclusion
Quoi que vous fassiez, pensez toujours à comprendre la structure interne des composants que vous utilisez et les conséquences que cela peut avoir sur la sécurité. N’hésitez pas à vous proposer des solutions plutôt que de considérer que rien ne peut être fait suite à la découverte d’une imperfection décevante. L’idée de récupérer un compresseur de réfrigérateur reste toujours intéressante malgré la nécessité de gérer le niveau d’huile, quasiment toujours présent sur les autres types de compresseurs.
Parmi les plus grandes aberrations, il n’est pas du tout évident, à priori, d’identifier un scandale énergétique de notre vie quotidienne. C’est celui qui consiste à ne pas méthaniser nos excréments et le papier que l’on jette avec en tirant la chasse d’eau. Si l’on ajoute à ça les déchets alimentaires provenant de la cuisine, nous arrivons à produire une quantité de biogaz (mélange CH4-CO2) qui doit être capable de générer une petite flamme en continu toute l’année. Une petite flamme en continu, cela ne constitue pas une puissance importante, en quoi pourrait-elle être utile ? Pour donner un ordre d’idée, une veilleuse d’un appareil à gaz consomme entre 0,2 et 0,7 m3 de gaz de ville par jour.
Le meilleur candidat à l’utilisation de cette production n’est autre que le réfrigérateur à absorption. Les constructeurs de réfrigérateurs et de congélateurs au GPL (butane ou propane) donnent des consommations respectives de 500g/24h et 850g/24h environ. L’objectif en recontextualisation n’est pas obligatoirement d’atteindre le fonctionnement continu d’un ensemble fosse septique + réfrigérateur, mais d’utiliser tout de même cette technologie pour valoriser les déchets en pondérant à la baisse sur la facture d’électricité, pour les plus paresseux. Le fonctionnement continu s’atteint facilement avec l’adjonction quotidienne de quelques déchets verts. En utilisant seulement une partie de l’année une telle installation, dans tous les cas, nous débrancherions du réseau le réfrigérateur électrique. Le stockage très fiable et « massif » du biogaz est néanmoins nécessaire si vous ne souhaitez pas passer vos week-end à transférer vos victuailles d’un réfrigérateur à l’autre. Nous verrons comment procéder. Un dernier détail qui a son importance est que le méthaniseur doit être réchauffé pour fonctionner de manière optimale. La chaleur rejetée par les réfrigérateurs peut être réutilisée pour réchauffer le méthaniseur. L’énergie perdue sous forme de chaleur est d’autant plus importante pour un réfrigérateur à gaz à absorption que pour un électrique.
Quelques données
1) Données sur la consommation
Le biogaz étant un mélange de dioxyde de carbone et de méthane, il a une densité énergétique moindre que le gaz de ville (méthane pur) ou le G.P.L. (butane ou propane ou mélange des deux). Le volume nécessaire au fonctionnement d’un appareil à biogaz à puissance équivalente est donc plus grand. En ce qui concerne le stockage par compression, nous pouvons dire que nous comprimerions dans des bouteilles une proportion de CO2 tout à fait inutile. Il existe des méthodes pour capter le CO2 et ainsi éviter de le comprimer, comme l’utilisation de filtres à chaux sodée.
Leur utilisation est très couteuse et je laisse aux internautes le soin de calculer la rentabilité désastreuse d’une telle idée, dans le contexte du raffinement du biogaz. Il est finalement moins désavantageux d’assumer la compression du CO2 avec le méthane.
Nous constatons que la consommation du compresseur est ridiculement basse par rapport à la quantité d’énergie stockée. Le stockage à basse pression, dans des gazomètres flotteurs est possible mais demande vraiment beaucoup de place. Il peut être pertinent dans un contexte où le stockage du biogaz se fait à court terme, si l’on utilise quotidiennement des appareils de cuisson par exemple.
Partie production
Production : nomenclature explicative
Digesteur 1 : cuve du digesteur principal, réalisée avec un fût en plastique de 300 litres à ouverture totale. Il est placé de telle sorte que le couvercle soit en bas et donc en contact avec le liquide, provoquant, en cas de défaut d’étanchéité, une fuite de liquide visible et inoffensive, au lieu d’une fuite de gaz. La grille empêche des matières solides d’arriver dans le post digesteur et les maintient ainsi suffisamment longtemps pour être digérées dans le digesteur principal.
Post digesteur 2 : identique au premier il augmente le temps passé des effluents dans le système pour poursuivre la digestion. Ceci est préférable notamment à cause de l’absence d’agitateur (mélangeur) dans le système. Généralement dans ce genre de systèmes les remous de l’admission des chasses d’eau suffisent à brasser les cuves.
Vanne Vs1 : cette vanne permet l’isolement des deux digesteurs pour la maintenance.
Vanne Vv1 : vanne de vidange du digesteur principal, en PVC avec une traversée de cloison pour bassin, diamètre 80 minimum. Il doit pouvoir s’y adapter un raccord pour une alimentation en eau courante, permettant la remise en eau du digesteur servant à purger l’air qui s’y était introduit lors du nettoyage de la cuve.
Vanne Vv2 : vanne de vidange du post-digesteur principal, en PVC avec une traversée de cloison pour bassins, diamètre 80 minimum.
Vanne Vp1 : vanne de départ gaz permettant d’isoler le digesteur principal du circuit de traitement lors de la maintenance.
Vanne Vp2 : vanne de départ du gaz de purge vers le circuit de purge.
Vanne Vp3 : vanne d’évacuation de l’eau de purge au moment de la remise en eau. Elle sert aussi de prise d’air lors de la vidange de la cuve.
Vanne Vp4 : vanne de départ gaz permettant d’isoler le post-digesteur du circuit de traitement lors de la maintenance.
Vanne Vp5 : vanne de départ du gaz de purge vers le circuit de purge.
Vanne Vp6 : vanne d’évacuation de l’eau de purge au moment de la remise en eau. Elle sert aussi de prise d’air lors de la vidange de la cuve.
Vannes Vi1, Vi2, Vi3 : vannes d’injection de gaz de purge, type gaz, en laiton.
Clapets Ar1, Ar2, Ar3 : clapets anti retour de bulleurs d’aquariums qui protègent les vannes d’injection Vi 1,2,3 contre la corrosion, le gaz n’étant pas traité à ce stade.
Échangeurs Ec1 et Ec2 : échangeurs thermiques alimentés par la chaleur récupérée sur les réfrigérateurs à gaz ou toute autre source de chaleur selon l’utilisation de l’installation. Il est recommandé d’éviter les métaux en raison de la corrosion. Plusieurs spires de P.E.R. peuvent convenir.
Sondes St1 et St2 : les sondes de température commandent l’alimentation des échangeurs. La température doit être idéalement maintenue aux alentours de 37°C. Il est recommandé d’utiliser un doigt de gant et un passe cloison en acier inoxydable.
Partie traitement
Traitement : nomenclature explicative
Le bac d’immersion : c’est un bac rempli d’eau et qui sert à immerger les vannes et les composants initialement non prévus pour être utilisés avec du gaz, tels que les pots filtrants F1, F2 et F3 ainsi que les vannes P.V.C. pression. Ainsi, en cas de fuites de gaz, celles-ci génèreraient des bulles visibles à l’œil nu. Les fuites ne peuvent se faire qu’à la surface du bac où il est possible, entre autres, de placer un détecteur de gaz.
Les niveaux constants : ce sont des bacs avec des flotteurs de chasse d’eau qui garantissent les niveaux minimaux d’eau dans le limiteur de pression, le gazomètre et le bac d’immersion.
Le filtre F1 : c’est un pot de filtration à cartouche filtrante lavable qui filtre les impuretés grossières en provenance des digesteurs et assure la récupération des condensats.
Le condenseur : il condense la vapeur d’eau contenue dans le gaz.
Vanne Vg1 : vanne type gaz, en laiton, cadenassable en position ouverte permettant la condamnation du limiteur de pression pour les opérations de maintenance.
Vanne Vg2 : vanne type gaz, en laiton, qui permet d’isoler le neutraliseur pour sa maintenance.
Le neutraliseur : c’est un barboteur où le gaz en provenance des digesteurs bulle dans une solution de soude afin d’éliminer le sulfure d’hydrogène.
Le diffuseur de soude F4 : c’est un pot de filtration contenant des cristaux de soude et servant à recharger le neutraliseur.
Vanne Vn1 : vanne type P.V.C. pression. Attention, il ne faut pas utiliser de métaux, car le neutraliseur contient une solution de soude. Cette vanne permet la vidange et le rinçage du neutraliseur.
Vanne Vn2 : vanne P.V.C. pression ou électrovanne, permettant l’injection d’eau de rinçage dans le neutraliseur.
Vanne Vn3 : vanne d’alimentation du diffuseur de soude F4 permettant sa purge ou le rechargement du neutraliseur.
Vanne Vn4 : vanne de sortie du diffuseur de soude permettant le rechargement du neutraliseur.
Vanne Vg3 : vanne de type gaz, en laiton, permettant l’isolement du décanteur F3 pour sa maintenance.
Le gazomètre : Le gazomètre est un tuyau immergé muni d’une masse de lestage calculée de telle sorte à respecter la hauteur de gaz nominale dans les digesteurs. Il s’élève au fur et à mesure qu’il accumule le biogaz.
Le détecteur haut et le détecteur bas : ils commandent respectivement la mise en marche et l’arrêt du compresseur.
Vannes Vg4,5,6 : vannes permettant de bypasser le gazomètre flotteur lors des purges et de la maintenance.
Déshumidificateur F2 : c’est un filtre contenant des cristaux d’hydroxyde de silice (couramment appelé gel de silice) et qui permet de déshumidifier le gaz.
Vannes Ve1,2,3,4 : vannes de vidange des différents décanteurs et bacs d’immersion.
Vannes Vg7 : vanne de type gaz qui permet l’évacuation du gaz de purge.
Vannes Vg8 : vanne de type gaz qui isole la partie traitement de la partie stockage.
Partie stockage
Le compresseur : le compresseur est chargé de comprimer le gaz dans la réserve. Il est fortement recommandé d’utiliser un compresseur spécifique très étanche ne permettant pas la fuite accidentelle d’air dans le refoulement. Si de l’air venait à être comprimé dans le même réservoir que le gaz alors il y aurait un risque colossal pour que le réservoir se transforme en une véritable bombe. C’est pourquoi, si vous souhaitez recontextualiser un compresseur il faudra absolument veiller à ce qu’aucune contamination par de l’air soit possible. Pour ce faire, vous pouvez l’immerger totalement dans l’huile, et dans ce cas, il est recommandé d’ajouter un décanteur translucide à sa sortie pour visualiser une éventuelle fuite à l’admission. Des bulles de gaz dans l’huile d’immersion témoignent d’une fuite de gaz vers l’extérieur. Vous pouvez vous reporter à l’article sur le « compresseur de réfrigérateur recontextualisé » qui conviendrait à cette application.
Vanne Vg9 : vanne d’isolement du compresseur de la partie stockage pour la maintenance.
Clapet Ar4 : clapet anti-retour qui redonde avec le clapet interne du compresseur et la vanne Vg9.
Le pressostat : il commande l’arrêt du compresseur, de manière prioritaire à celui de la partie traitement, lorsque la pression maximale de stockage est atteinte. Dans ce cas, en négligeant les variations saisonnières de température, on considère que la capacité maximale est atteinte. Il faudra, à partir de ce moment, se débarrasser du gaz produit en amont du compresseur, il est possible d’envisager un double seuil de pression avec un autre pressostat à une valeur inférieure correspondant au stockage maximum. Un tel système permettrait de créer une réserve de surproduction qui serait alors utilisée pour supplanter une autre énergie dans la maison. Par exemple, lorsque la surproduction est atteinte, un message parvient à l’utilisateur pour l’informer qu’il peut utiliser le gaz pour la cuisson jusqu’à ce que la surproduction soit éliminée. Dans ce cas, nous considérons la production principale comme étant dédiée prioritairement au fonctionnement des réfrigérateurs.
Le limiteur de pression : c’est une sécurité supplémentaire qui protège la réserve en cas de défaillance du système de la chaine de compression. C’est un élément de sécurité incontournable sur les cuves sous pression.
Le tube décanteur : il permet de visualiser le niveau de condensats présents dans la réserve (eau, huile).
Vanne Ve5 : vanne type hydraulique permettant la purge des condensats.
Le détecteur de niveau haut : il prévient l’utilisateur que la purge est nécessaire. Elle peut aussi s’automatiser moyennant l’ajout en série d’une électrovanne, dans ce cas, il peut être nécessaire d’ajouter également un détecteur de niveau bas afin de ne pas créer de fuite de gaz. Il est recommandé de ne pas supprimer la vanne manuelle Ve5.
Calculs des hauteurs et pressions
La hauteur Hgmax est la hauteur nominale qui sépare le niveau de digestat dans les cuves du niveau d’eaux usées et de digestat respectivement à l’entrée et à la sortie du dispositif. C’est la hauteur que nous devons maintenir dans les conditions normales d’utilisation. Nous ferons l’approximation que le digestat en sortie du post digesteur, les eaux usées qui entrent dans le digesteur principal et la solution de soude du neutraliseur ont la même densité que l’eau. Nous imposerons la valeur de Hgmax à 0,3 m et Hn à 0,08 m.
En ce qui concerne la limitation de pression, il suffit d’avoir la hauteur Hglim égale à Hlim. En effet, il n’y a pas d’obstacle particulier dans la conduite entre le limiteur de pression et le digesteur. Le biogaz étant un fluide non pesant, il n’y a pas de contre-indication particulière à ce que le niveau de débordement du limiteur de pression soit amené à la hauteur de l’évacuation du digestat. Son évacuation hydraulique n’est qu’une précaution supplémentaire car si le condenseur fonctionne correctement, le niveau ne devrait pas augmenter. Il faut néanmoins ajouter un évent au limiteur de pression pour évacuer le gaz à l’extérieur du bâtiment.
Conclusion
Une telle production d’énergie en petite quantité montre tout son intérêt avec l’utilisation des réfrigérateurs. Le type de consommation d’un réfrigérateur à gaz est en adéquation avec la production constante de faible puissance d’un petit digesteur. Nous n’avons pas hésité à proposer une conception intégrant les « technologies modernes » en proposant un véritable traitement du gaz (une compression >60 bars reste possible pour séparer le CO2). Le fait de mener à bien une telle conception permet de démontrer la faisabilité de la recontextualisation, en évoquant presque toujours le type de matériel employé.
Le modèle proposé diffère des dispositifs plus rudimentaires auto-construits, en augmentant la qualité d’utilisation et de résultat, mais sans changement d’échelle.
