Efficacité des compressions

L effi a it des o p essio s est al ul e à pa ti des sultats e p i e tau . En fonction des conditions expérimentales, les différentes compressions tendent vers des états finaux différents, que ce soit pour la pression, la température ou le volume. Afin de comparer des compressions se la les, l effi a it est al ul e pou tous les essais lo s u ils atteig e t u appo t olu i ue identique. Cette valeur est le rapport du volume initial sur le volume final d ai o p ess . Co e il a été présenté au chapitre 3.2, l effi a it de la seule o p essio peut se d fi i o me suit pour toutes les compressions:

(5.1)

Le appo t olu i ue appa ait ai si di e te e t da s le al ul de l effi acité de compression afin de calculer le numérateur : l e gie a i ale estitua le. U appo t olu i ue de est s le tio afi d i lu e la ajo it des essais démarrant à pression atmosphérique. Pour rappel, la pression finale des essais se situe entre 7 et 10 bars.

La Figure 47 présente l effi a it des diff e tes o p essio s e fo tio de la te p atu e de l ai lorsque le rapport des volumes atteint 7.

La tendance générale montre un lien entre une grande efficacité et une faible température finale de l ai , et i e se e t. Cela est tout à fait logi ue, a plus la o p essio est isothe e, eilleu e est censée t e l effi a it . Il e iste epe da t pas de corrélation forte entre ces deux grandeurs, car l effi a it dépend non seulement de la température finale, mais aussi de l olutio de la température tout au long de la compression.

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Figure 47 : Efficacité des compressions en fonction de la température de l'air à la fin de la compression

Nous constatons également que les essais sur la chambre de 30 mm atteignent une température finale globalement plus faible que pour la chambre de 100 . E fi , l i t g alit des esu es atteignant un rapport volumique de 7 ont une efficacité de compression comprise en 72 % et 89 %. Pour rappel du chapitre 3.2, l effi a it de o p essio est diff e te de l effi a it de sto kage de l e gie, a la phase de hasse de l ai o p i de la ha e de o p essio est pas p ise e o pte. Ai si l effi a it de sto kage o p essio + hasse est da s u e plage de aleu s d effi a it de sto kage o p ise entre 82 % et 93 %. Cependant, la te p atu e de l ai est u e o s ue e de l ha ge the i ue lo s de la o p essio , a tuelle e t i d te i a le sa s expérimentation spécifique.

Dans un objectif de pré-dimensionnement, l tude de quelques grandeurs globales permet d appo te des i fo atio s su l effi a it et son évolution entre les essais.

L effi a it de la o p essio e fo tio de la durée d u e o p essio et en fonction de l e gie stockée sont présentées respectivement sur la Figure 48 et la Figure 49. Les différences de volume de chambre entre les trois diamètres engendrent de grandes différences de durée de compression, entre 2 s (D30) et 60 s (D100). Pour une même configuration géométrique (D et L fixes, même couleur et même symbole), l aug e tatio de la du e de o p essio e ge d e l aug e tatio de l effi a it . D u aut e ôté, pou u e e du e de o p essio , l aug e tatio du dia t e diminue cette efficacité.

On note cependant grâce à la Figure 49 que laug e tatio du dia t e e ge d e gale e t l aug e tatio importante de l e gie sto k e pa la o p essio . L e gie stockée (le u ateu du al ul de l efficacité de compression) est directement dépendante du volume initial de la chambre de compression, car le rapport volumique est fixé dans cette partie. Ainsi, de 300 J à 4900 J ont été stockés au cours des compressions. Pour un même diamètre et une même longueur, la variation de la itesse du pisto li uide odifie fo te e t l effi a it .

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Figure 48 : Efficacité des compressions en fonction de la durée de la compression

Figure 49 : Efficacité des compressions en fonction de l'énergie stockée par compression

La d fi itio d u e puissa e o e e de o p essio pe et e suite de asse le l effet de la du e de o p essio et l e gie o so e, au sei d u e seule a ia le. La puissance moyenne caractérise alors l effo t mécanique moyen fourni par la pompe. Elle se calcule comme suit :

(5.2)

L effi a it des o p essio s est p se t e sur la Figure 50, en fonction de la puissance moyenne, toujours pour un rapport volumétrique de 7.

La puissance moyenne de compression est comprise ente 50 W et 330 W. Comme le profil de pression est semblable pour toutes les compressions, cette puissance moyenne dépend surtout du débit de la pompe et donc de sa consigne de vitesse. De plus, le profil temporel de puissance est semblable au profil de pression.

Au sei d u e s ie de esu es sur une même chambre de compression, à une même vitesse de pompe, des a ts i po ta ts d effi a it apparaissent (en fonction de la longueur initiale de la chambre). La tendance générale montre cependant u effet d aug e tatio de l effi a it lorsque la puissance moyenne diminue.

78 La Figure 51 et la Figure 52 reprennent respectivement les puissances surfaciques moyennes (surface interne de la chambre de compression) et les puissances volumiques moyennes (volume de l ai e compression), calculées par les équations (5.8) et (5.9).

(5.3) (5.4)

Ces deux grandeurs ont un sens physique simple et sont largement utilisées da s le ad e d u di e sio e e t. La puissa e su fa i ue e seig e su l i te sit du flu o e tif à la pa oi, et la puissance volumique renseigne sur la compacité de la chambre de compression du système de stockage.

Figure 51 : efficacité des compressions en fonction de la puissance surfacique moyenne

Figure 52 : efficacité des compressions en fonction de la puissance volumique moyenne

Ainsi pour un même diamètre de chambre de compression, la diminution de la puissance surfacique ou volumique te d à l aug e tatio de l effi a it de o p essio .

Pou la puissa e su fa i ue, l i te sit de l ha ge o e tif (le flux surfacique) est la conséquence de l i te sit de l e gie a i ue appo t e pa la o p essio . U flu su fa i ue i po ta t t aduit alo s u appo t i po ta t d e gie the i ue su u e fai le su fa e. Da s e as, la ualit du flux convectif da s la ha e de o p essio est d te i a te pou l effi a it . Le dimensionnement d u s st e effi a e de a alo s maximiser la surface d ha ge dispo i le au cours de la compression. La puissance volumique fait apparaitre également une forte dégradation de l effi a it lo s de l aug e tatio de la o pa it de la solutio te h ologi ue pou u e diamètre de chambre de compression.

De plus, le dia t e i flue sig ifi ati e e t su les pe tes dessi es pa les poi ts d u e diamètre (même couleur) sur ces deux courbes. Le diamètre de chambre de compression semble ajouter un effet supplémentaire indépendant des puissances surfaciques et volumiques. Ainsi, pour une même puissance surfacique ou volumique, la chambre de 30 mm présente quasi systématiquement une meilleure efficacité que pour les chambres de plus grand diamètre. Il apparait alo s ue le dia t e de la ha e joue gale e t su la ualit de l ha ge o e tif.

79 L tude de l effi a it des o p essio s e fo tio des diff e tes puissances calculées tend à o t e u il e iste des effets pa ti ulie s li s au o ditio s opératoires (diamètre, longueur, vitesse du piston liquide, … qui influencent l effi a it des o p essio s. Or, l effi a it d u e o p essio repose sur la capacité de l ai à ai te i sa te p atu e la plus p o he de so tat i itial tout au lo g de la o p essio . L tude des seules conditions finales de l ai n est ai si pas suffisante à la compréhension des phénomènes physiques présents.

Il est ainsi nécessaire d tudie les do es e p i e tales de ha ue o p essio e o sid a t toutes les données mesurées entre le démarrage de la compression et la fin de celle-ci.