Auteur : service technique Mycond.
Les systèmes de contrôle et d'automatisation pour les déshumidificateurs d'air jouent un rôle clé dans l'efficacité de fonctionnement des équipements. Le choix approprié des capteurs d'humidité, des régulateurs et des stratégies de commande est déterminant pour maintenir des conditions optimales dans divers environnements, des sites industriels aux entrepôts. Dans cet article, nous examinerons les principes d'ingénierie de sélection, de réglage et d'exploitation des systèmes de contrôle pour les déshumidificateurs d'air.
Un processus dynamique de contrôle de l'humidité
Le contrôle de l'humidité est un processus dynamique qui exige un réglage constant. La charge d'humidité varie au cours de la journée et de la saison, et l'infiltration par les portes peut apporter en une minute plus d'humidité que le déshumidificateur n'en retire en une heure. C'est pourquoi le système de commande doit réagir rapidement à ces variations.
Les instruments de contrôle de l'humidité remplissent quatre fonctions de base :
- Mesure de l'humidité de l'air ou de la teneur en humidité d'un matériau
- Indication de la valeur mesurée
- Enregistrement des mesures sur un diagramme ou en mémoire
- Commande de l'équipement de déshumidification
Il est important de comprendre que chaque fonction supplémentaire augmente le coût de l'instrument et le potentiel d'erreur. Pour un entrepôt simple où il faut seulement maintenir l'humidité en dessous de 60 %, un hygrostat coûtant moins de 100 dollars, sans indication ni enregistrement, suffit.
Types de capteurs d'humidité relative
Le marché propose plusieurs types de capteurs d'humidité relative, chacun avec ses avantages et ses limites :
Hygromètres mécaniques utilisant l'allongement d'un cheveu humain ou d'un film polymère lors de l'absorption d'humidité. Léonard de Vinci avait déjà observé qu'une boule de laine pèse plus lourd un jour humide. Ces instruments sont simples, mais leur précision est limitée.
Capteurs électroniques capacitifs mesurant la variation de capacité électrique d'un polymère lors de l'absorption d'humidité. Ils offrent une meilleure sensibilité à faible humidité (inférieure à 15 % HR) et sont les capteurs les plus répandus dans les systèmes modernes.
Capteurs résistifs mesurant la résistance d'un polymère contenant des sels d'ammonium quaternaires. Ils sont plus précis à forte humidité (au-delà de 90 % HR), car ils mesurent l'absorption volumique plutôt que superficielle.
Psychromètres utilisant une paire de thermomètres – sec et humide. La différence de température est proportionnelle à la vitesse d'évaporation et donc à l'humidité de l'air.
La précision typique des hygrostats industriels est de ±2 % HR. Il est toutefois crucial de comprendre une limite critique : si l'instrument est étalonné à 24 °C et 65 % HR, il ne sera pas précis à 21 °C et 10 % HR, car la différence de teneur en humidité est trop importante.
Capteurs d'humidité absolue
Hygromètres à condensation qui refroidissent une surface miroir jusqu'à l'apparition de la rosée. La température de surface à cet instant correspond au point de rosée de l'air. Cette méthode est utilisée depuis 1751, lorsque le naturaliste français Charles Le Roy ajoutait de la glace dans un récipient en acier poli. Les hygromètres optiques à condensation modernes offrent une précision typique de ±1,5 °C de point de rosée et sont les instruments les plus précis.
Capteurs à oxyde d'aluminium avec une précision typique de ±3 °C de point de rosée, optimisés pour les très faibles humidités. Ils servent à mesurer un point de rosée de -40 °C pour un air à plus de 150 °C en sortie de déshumidificateurs à adsorption pour le séchage de granulés plastiques. Mise en garde : l'oxyde d'aluminium lie fortement l'eau ; lors du passage d'un air humide à un air sec, la réponse du capteur peut prendre des heures.
Capteurs au chlorure de lithium qui chauffent une couche de sel jusqu'à assèchement. À 11 % HR, le chlorure de lithium passe d'une solution liquide à une forme sèche, et la température du sel à cet instant est proportionnelle à l'humidité absolue.
Précision et répétabilité des instruments de contrôle
Lors du choix d'un capteur d'humidité, il est important de comprendre la différence entre précision et répétabilité :
Précision – capacité à indiquer la valeur réelle de l'humidité.
Répétabilité – capacité à revenir à la lecture précédente lorsque l'humidité revient à sa valeur antérieure.
Principe clé : un instrument répétable peut être étalonné et rendu précis, mais un instrument non répétable ne sera jamais précis, quel que soit l'étalonnage. C'est pourquoi les fabricants d'instruments de qualité indiquent toujours la répétabilité dans les spécifications, tandis que les capteurs bon marché ne parlent que de précision.
Choix des régulateurs
Commande tout ou rien (on-off) suffisante lorsqu'une forte précision n'est pas nécessaire. Par exemple, pour le quai de chargement d'un entrepôt frigorifique, où l'essentiel est d'éviter le givrage du sol, un contrôle de précision ±1 % HR n'a pas de sens. L'amplitude typique des variations pour des déshumidificateurs à condensation en on-off est de ±10 % HR.
Commande modulante indispensable dans les productions à tolérances strictes : pharmaceutique, semi-conducteurs, séchage de confiseries. Les déshumidificateurs à adsorption modulants assurent une précision de ±5 % HR et mieux.
Comparons trois types de contrôleurs sur l'exemple d'un quai de chargement à 4 °C :
- Contrôleur d'humidité relative, réglé à 80 % HR, mettra en marche le déshumidificateur lorsque la teneur en humidité dépassera 4 g/kg (pour une température de 4 °C). C'est l'option la moins chère avec une précision de ±2 % HR, mais si la température diffère de 15 °C, le contrôle sera imprécis.
- Contrôleur de condensation au sol ou sur convoyeur serait idéal, car le déshumidificateur ne fonctionnerait que lorsque l'humidité se condense réellement ; toutefois, ces capteurs sont trop fragiles pour un sol où circulent des chariots élévateurs.
- Contrôleur de point de rosée, réglé à 1 °C, plus précis qu'un hygrostat et indépendant de la température de l'air. Il peut être monté au mur plutôt qu'au sol.
Stratégies de modulation de puissance
Commande par bypass pour les déshumidificateurs à adsorption : lorsque la charge diminue, une partie de l'air contourne le rotor dessiccant via un bypass, se mélangeant au flux desséché et augmentant l'humidité de soufflage. Il est crucial d'égaliser la perte de charge aérodynamique du bypass et du rotor à l'aide d'un volet fixe dans le bypass – sans cela, la modulation sera non linéaire et instable.
Modulation de l'énergie de régénération – la manière la plus efficace et la moins coûteuse d'économiser. Un contrôleur de température à la sortie de la zone de régénération réduit la puissance du chauffage lorsque la température dépasse 49 °C (pour les dessiccants au chlorure de lithium).
Principe physique : lorsque l'air absorbe l'humidité du rotor dans la zone de régénération, sa température diminue, comme l'air se rafraîchit près d'une fontaine en été. Si la température reste élevée, cela signifie qu'il y a peu d'humidité et l'énergie peut être réduite. L'économie avec ce pilotage représente 25 à 50 % des coûts énergétiques annuels.
Implantation critique des capteurs
L'emplacement des capteurs est un facteur critique de succès. Voici un exemple réel : un système de protection de l'acier contre la corrosion ne fonctionnait pas, bien que le déshumidificateur marchât correctement. La raison – l'hygrostat était installé près de la bouche de soufflage d'air sec, à 23 mètres des rayonnages de stockage. Le déshumidificateur maintenait le conduit d'air sec, tandis que l'acier d'une valeur de 50 000 dollars rouillait.
Règle clé : le capteur doit être placé à proximité de l'objet à protéger, et non près du déshumidificateur.
À faible humidité (inférieure à 10 % HR), le problème s'accentue : la différence entre 50 % et 55 % HR à 21 °C est d'environ 0,85 g/kg, mais la différence entre un point de rosée de -29 °C et -26 °C est inférieure à 0,01 g/kg – 85 fois moins. Le capteur doit être bien plus sensible, et les gradients d'humidité dans le local sont importants à cause de la respiration des personnes et des sources d'humidité locales.
Intégration au BMS
Les déshumidificateurs industriels modernes sont équipés d'une interface Modbus RS485 pour la connexion au système d'automatisation du bâtiment (BMS). Des automates (PLC) avec écrans tactiles permettent de programmer des plages horaires et des algorithmes de commande complexes. La supervision à distance via le BMS assure une réaction rapide aux écarts de paramètres.
L'intégration du déshumidificateur au BMS permet de contrôler de manière centralisée tous les paramètres du microclimat, d'optimiser la consommation d'énergie et de garantir un fonctionnement continu du système.
Erreurs de conception typiques
Lors de la conception de systèmes d'automatisation pour déshumidificateurs, on rencontre souvent les erreurs suivantes :
- Surdimensionnement de la puissance de l'équipement en commande on-off, entraînant de grandes fluctuations d'humidité (comme une voiture avec un interrupteur à la place de la pédale d'accélérateur)
- Absence de modulation de l'énergie de régénération, gaspillant 25 à 50 % d'énergie
- Étalonnage du capteur à une température et une humidité différentes des conditions d'exploitation
- Implantation de l'indicateur et du contrôleur à des endroits différents, entraînant des écarts permanents de lecture (aucun deux capteurs n'indiquent exactement la même chose)
- Ignorer le temps de désorption lors de la mise en service – le carton ondulé contient 14 % d'humidité à 80 % HR et seulement 6 % à 35 % HR ; après l'arrivée d'un carton humide, le système peut fonctionner à pleine puissance pendant des jours, le temps que le matériau restitue son humidité
Questions fréquentes (FAQ)
Quelle est la précision de contrôle typique pour différents types de déshumidificateurs ?
Les déshumidificateurs à condensation en commande on-off assurent une précision de ±10 % HR, ceux à adsorption avec modulation ±5 % HR et mieux. Pour des applications de précision avec capteurs optiques de point de rosée, une précision de ±1–2 % HR est possible.
Comment choisir entre un pilotage par humidité relative et par point de rosée ?
Le pilotage par humidité relative (HR) est moins coûteux et suffisant pour la plupart des applications de confort et d'entrepôt avec une précision de ±3 % HR. Le pilotage par point de rosée est nécessaire lorsque la température de l'air varie fortement ou qu'une haute précision est requise en dessous de 10 % HR.
Pourquoi ne faut-il pas placer le capteur près de la sortie du déshumidificateur ?
L'air en sortie du déshumidificateur est le plus sec du système et ne représente pas les conditions dans la zone à protéger. Le capteur doit mesurer l'humidité là où le résultat compte – près de l'objet à protéger.
Quand un simple contrôle on-off suffit-il ?
La commande on-off suffit pour les entrepôts de stockage longue durée avec charge stable, pour des locaux où une plage d'humidité large de 40–60 % HR est acceptable, et lorsque les coûts énergétiques annuels sont faibles par rapport au coût d'un système de modulation.
Comment la modulation de l'énergie de régénération réduit-elle les coûts d'exploitation ?
Le système réduit la puissance du chauffage lorsque la charge d'humidité est inférieure à la valeur de calcul. L'économie atteint 25–50 % des coûts énergétiques annuels, et le retour sur investissement d'un contrôleur modulant est généralement inférieur à un an.
Qu'est-ce que le "reactivation load following control" ?
C'est le premier niveau de modulation, où le contrôleur de température à la sortie de régénération réduit automatiquement la puissance du chauffage lorsque la température dépasse 49 °C. C'est la manière la plus simple et la plus efficace d'économiser l'énergie.
Comment intégrer un déshumidificateur au système d'automatisation du bâtiment ?
Via l'interface Modbus RS485, le déshumidificateur se connecte au BMS, transmet les données d'humidité, de température et d'état de l'équipement, et reçoit des commandes pour modifier les consignes et modes de fonctionnement. Cela permet une supervision et un pilotage centralisés de tous les équipements techniques.
Conclusions
Le choix d'un système de commande pour les déshumidificateurs d'air est dicté par les exigences de précision et la justification économique. Pour la plupart des applications avec une tolérance de ±5–10 % HR, un hygrostat avec modulation de l'énergie de régénération suffit. Les productions de haute précision nécessitent un contrôle par point de rosée et une modulation complète de la puissance.
Il faut se rappeler que l'implantation du capteur est plus importante que sa précision – l'instrument le plus précis mal placé donnera un résultat pire qu'un simple hygrostat près de l'objet à protéger. L'intégration au BMS assure un contrôle réactif et la traçabilité des paramètres pour la validation des procédés.
Un système de contrôle et d'automatisation pour déshumidificateurs d'air bien conçu garantira non seulement le maintien d'un microclimat optimal, mais aussi des économies substantielles d'énergie tout au long du cycle de vie de l'équipement.
