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Pompes : prendre en compte le coût global de l'équipement

30 octobre 2003 Paru dans le N°265 à la page 39 ( mots)
Rédigé par : Marie-odile MIOSSEC

La prise en compte du coût global des équipements modifie les critères de sélection du matériel. Cette nouvelle approche tend à s'appliquer aux équipements du cycle de l'eau. Bilan : les coûts de maintenance et la dépense énergétique deviennent des critères décisifs dans le choix des pompes.

Réalisé par , Technoscope

[Photo : (sans légende)]

Les accords de Rio en 1992, puis ceux de Kyoto en 1997 ont engagé les États signataires dans une baisse de leur consommation globale d’énergie. Les États de l'Union Européenne (UE) se sont engagés à réduire de 8 % en moyenne leurs émissions de CO₂, et ceci à l'horizon 2010. Actuellement, l'UE met ces accords en œuvre sous forme de décrets et de prescriptions pour atteindre ces objectifs. Elle lance aussi le programme “Motor Challenge” dont l’objectif est de réduire la consommation énergétique des groupes entraînés par moteurs électriques.

Il faut comparer ces données à la consommation énergétique élevée des systèmes entraînés par moteur électrique. Et parmi ceux-ci, qui consomment 20 % de l’énergie mondiale. Pour satisfaire les exigences politiques, des organismes tels qu’Europump ou le Hydraulic Institute aux États-Unis ont élaboré un guide qui

s'adresse aux exploitants de pompes et de systèmes de pompage, leur présentant les possibilités d’économies d’énergie et les autres sources potentielles de réduction de coût.

En effet, l’analyse globale des coûts d’exploitation d'une pompe permet d’identifier différents gisements d’économies susceptibles d'être activés en plus de l'économie d’énergie. C’est le cas par exemple d'une plus grande disponibilité de l’installation qui induit un accroissement de productivité. De la réduction des coûts de maintenance et de réparations, ou encore d'une meilleure utilisation des capacités de l’équipement.

Le problème est que chacun – ensemblier ou exploitant – a un point de vue et une analyse du coût global qui divergent fortement. Là où l’ensemblier place au premier plan son prix de vente et le résultat de traitement, l'exploitant se préoccupe plutôt des coûts totaux supportés pendant la durée de vie de l'équipement, à savoir la disponibilité, l’entretien, la maintenance et la consommation énergétique, pour atteindre le résultat de traitement.

L’importance du cahier des charges

Pour que le concepteur prenne en charge la simplification de la maintenance et les économies d’énergie, des clauses en ce sens doivent être spécifiées dans le cahier des charges élaboré lors de la passation de marché. Or à ce jour, elles sont encore trop souvent oubliées. Pour amener l’ensemblier à s’intéresser aux coûts générés par son installation, des consignes appropriées formulées par l’exploitant sont nécessaires. D’autres approches arrivent en France avec l’externalisation, par exemple, ou les modèles BOT* (build-operate-transfer). Elles valorisent la prise en considération du coût du cycle de vie des équipements. Si le constructeur d'une installation prend en charge l’exploitation de son client les premières années de fonctionnement et qu’il en assure, grâce à son expertise, un fonctionnement optimal, il est tout naturellement dans son intérêt que les coûts de maintenance et de réparation, ainsi que la facture énergétique soient le moins élevés possible. Il donnera alors d’autres priorités lors des décisions d’investissement.

BOT se dit lorsqu’un constructeur réalise une installation et l'exploite pendant un certain nombre d'années avant que l'installation ne repasse au client.

Détecter les problèmes pour plus de disponibilité

Bouchage et marche à sec sont deux causes de détérioration pour lesquelles il est préférable d’arrêter la pompe. Elles se détectent par une élévation anormale de la température au niveau du moteur (pour le bouchage) ou du corps de pompe (en cas de marche à sec). D’où les solutions apportées par les constructeurs.

Pour détecter la marche à sec sur les pompes, Grundfos a mis au point la solution LigTec. Celle-ci intègre un capteur qui surveille la température de la pompe et qui vérifie en permanence la présence du liquide pompé. En cas d'absence de liquide, la température du corps de pompe s’échauffe. Dès que le signal du capteur dépasse un seuil d’alerte, une alarme est déclenchée et la pompe est arrêtée automatiquement.

Vigitrol Génération 2 de Caprari contrôle en temps réel le bon fonctionnement de la pompe. Cette chaîne de mesure surveille la température interne du moteur d'entraînement. La mesure est réalisée par une sonde platine de type Pt100 positionnée au plus près du bobinage. Grâce à sa réaction rapide aux écarts de température, ce capteur fournit une indication en cas de problème, ce qui permet d’anticiper toute dégradation de la pompe. Outre une indication du signal mesuré, l’électronique de l'appareil transmet à la télésurveillance l’alarme défaut de température et, si le problème persiste, un signal d’arrêt moteur. Par ailleurs, lors du raccordement de l’électronique avec le centre de télésurveillance, un signal interne est échangé afin de contrôler le bon fonctionnement de l'équipement de surveillance. Installée sur les pompes, cette chaîne de mesure ouvre la voie à la maintenance préventive et à la gestion d’exploitation par anticipation de panne.

Pour protéger les moteurs de sa pompe N en cas de surchauffe, Flygt incorpore trois thermocouples dans les enroulements du stator. Une chambre d’inspection séparée est placée entre la chambre d’étanchéité et le roulement inférieur. En fonctionnement normal, la cavité de cette chambre est vide. Un interrupteur à flotteur se déclenche dès qu’il détecte la présence d’eau dans cet espace. Il arrête le fonctionnement de la pompe. Avec ce système, en cas de fuite, la garniture, le roulement inférieur et le moteur ne sont plus endommagés.

Le développement, la miniaturisation et la fiabilité des capteurs intelligents de surveillance des phénomènes physiques d’élévation de température, de pression, de conductibilité, protègent de plus en plus les groupes motopompes. Ainsi, les technologies utilisées par Emu pour sa gamme de type « T » chambre moteur sec, refroidissement en état immergé par le liquide véhiculé, préservent le groupe de destruction suite à d’éventuelles anomalies par arrêt sur détection d'un seuil anormal. Une approche plus drastique pour sa gamme assainissement a consisté à développer un moteur de type « FO / FK », submersible à bain d’huile (qualité alimentaire) qui s'affranchit de tout endommagement par élévation de la température. Pour les motopompes de puissance inférieure à 5 kW, le volume de la chambre moteur remplie d’huile est suffisant pour la dissipation de l’énergie thermique produite, même en cas de fonctionnement ininterrompu.

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Puissance supérieure, la bride de fond du moteur est conçue en échangeur (interface huile de refroidissement et liquide pompé) qui évacue l’énergie thermique de l’huile moteur par le liquide pompé. Une petite roue fermée montée sur l'arbre du moteur fait circuler l'huile. Autre avantage, en service discontinu avec de longues périodes d'inactivité, le moteur est préservé de toute oxydation par l'eau de condensation.

Certains process de pompage exigent un haut niveau de sécurité. C’est le cas, par exemple, des procédés de protection contre les crues ou de certains postes de relevage. Sur ces installations, un diagnostic d'état et une surveillance de la pompe accroissent la disponibilité. Des progrès ont été réalisés ces dernières années au niveau de la surveillance des moteurs.

Pour aller plus loin dans l'amélioration de la disponibilité, il est important de connaître la relation de causalité entre les conditions régnant dans l'installation et la réaction correspondante de la pompe. C’est l’objectif poursuivi par KSB. Il consiste à mettre en œuvre des capteurs pour établir les causes et assurer la surveillance. Deux ou trois capteurs suffisent pour saisir la vibration, identifier la marche à sec et mesurer la température des paliers. À partir de valeurs seuils établies pour chacune de ces mesures, des préalarmes sont déclenchées. Pour ne pas endommager l’équipement, les évaluations ne doivent pas se limiter à une simple saisie des valeurs seuils des différentes grandeurs. Une exploitation combinatoire des données fournies par les capteurs est nécessaire. C’est ce que fait le microprocesseur de Pump Expert. À partir d'une sélection de paramètres, d'une fixation des valeurs seuils et d'une connexion appropriée, il fournit des informations supplémentaires. Notamment, il permet de localiser en temps utile les composants de la pompe exposés à un risque : détérioration des paliers lisses, usure, dégradation des caractéristiques... Il est même capable de fournir des informations sur l’état du process. Le logiciel de traitement des données est intégré dans un mini auto-

[Photo : La prise en compte du coût global de l’équipement a conduit le groupe Salmson/Emu, au concept “Garniture à cassette, pompe à bain d’huile, et revêtement CERAM” pour la réalisation de sa gamme de pompes et agitateurs destinés au traitement des eaux résiduaires et stations d’épuration.]
[Photo : « Pump Expert » est le nouveau système d’exploitation des valeurs de mesure développé par KSB.]
[Encart : Reims, une STEP en phase de réception La Communauté des communes de l'agglomération de Reims vient d'inaugurer sa nouvelle station d’épuration des eaux. Conçue pour une capacité de 470 000 EqH, cette usine a été inaugurée le 16 septembre 2003. Exploitée en régie directe, elle a été conçue par OTV (Véolia Water Systems) et est actuellement en phase de réception. Le traitement des 75 000 m³ d'eau qu'elle reçoit en moyenne chaque jour est assuré en trois étapes successives : * un prétraitement, où l'effluent est débarrassé des différents solides qui l'encombrent, * un traitement biologique, * un traitement tertiaire d'affinage par voie physico-chimique. Plusieurs dizaines de pompes sont installées sur le site pour assurer le transfert d’eau et de boues, l'ajout et le dosage des produits chimiques... « Nous n’avons pas encore terminé notre période d’observation – réception – garantie, qui dure trois ans et nous ne pouvons pas encore parler de la maintenance », explique Christophe Lapointe, chef du service exploitation de la STEP de Reims. « Pour l’instant la station a connu quelques retours de pompe suite à un problème d’installation et des usures prématurées notamment sur la chaux. » Pour François Villeminot, directeur des réalisations France Nord chez Véolia Water Systems, la société qui a conçu la STEP de Reims : « Notre bureau fait le choix du matériel. Ce choix est validé par nos fournisseurs. Les problèmes de ce type sont souvent dus à un manque d'information et de spécification de la part de nos fournisseurs, notamment sur le montage des accessoires. Ils sont résolus dans le cadre de notre engagement contractuel. N'oubliez pas que la procédure des marchés publics nous oblige au résultat. »]
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Réduction des coûts d’exploitation des installations de pompage

Dans une station de pompage, le coût des pompes ne représente que 10 % du coût total de l’installation. En revanche, elles consomment 80 % de la puissance et elles entraînent 40 % des frais de maintenance. La concurrence, le coût de l’énergie, l’environnement et la nécessité d’améliorer les résultats poussent les industriels et les institutionnels à ne plus seulement tenir compte du coût d’achat et d’installation mais de l’ensemble des coûts depuis la conception à la mise au rebut. On parle alors de coût global de cycle de vie. Le rendement d’un groupe de pompage est optimal pour un débit et une pression donnés. Ce point de fonctionnement est appelé point nominal de la pompe. Bien que les pompes soient commercialisées comme des machines individuelles, elles n’assurent leur fonction que lorsqu’elles sont intégrées à un ensemble. C’est le réseau qui détermine le niveau de sollicitation de la pompe et donc le rendement réel de l’installation.

[Photo : Pompe entraînée par un moteur asynchrone]

Lors de la conception d’une installation, les pertes de charge et les débits demandés par le process sont généralement surestimés pour garantir un bon fonctionnement de l’installation. Les principes de la mécanique des fluides étant complexes, il est en effet impossible de prévoir exactement les caractéristiques d’un réseau. Cependant, utiliser une pompe en dehors de son point nominal conduit à une surconsommation d’électricité et donc à un coût d’exploitation plus élevé. Par exemple, le fait de surestimer les pertes de charge du réseau de 0,2 bar peut faire perdre 4 à 5 points de rendement. Pour une pompe de 60 kW, la conséquence financière sera une perte de 2 000 € à 5 000 € sur trois ans en fonction du nombre d’heures de fonctionnement quotidien.

Également, les exploitants s’intéressent à la maintenance prédictive des pompes afin de prévenir les avaries, réduire les temps d’arrêt et prolonger la vie des équipements. Toutefois, on observe que le rendement de pompes installées sur site diminue régulièrement (usure, défauts) sans que l’on puisse détecter cette évolution par un suivi classique de maintenance. Pour la détection précoce de ces baisses de performance, nous avons lancé avec l’Association Française des Pompes et de la Robinetterie (AFPR) une étude pour mettre au point une méthode de maintenance prédictive à partir d’indicateurs et de défauts devant déboucher sur un système de détection intelligent. Le CETIM met déjà au service des industriels les outils de diagnostic issus de ce travail de recherche, dont une méthode de maintenance prédictive. Il propose également des prestations d’expertise hydraulique sur site pour réduire la consommation d’énergie des pompes.

Rodolphe Beaugrand, CETIM

La carte programmable transfère ses données via un bus de terrain, par exemple Profibus DP, vers la supervision ou le logiciel de GMAO du site. Cette structure ouverte permet au système de s’adapter à tous types de pompes de tous les constructeurs.

Ces outils sont intéressants car ils permettent de prendre en compte très tôt les problèmes de l’installation. Embarqués dans la pompe, ils permettent le diagnostic à distance.

Réaliser le diagnostic à distance

C’est une tendance qui se met en place depuis quelques années dans l’industrie, grâce au développement de l’informatique embarquée et des techniques de communication. Sa mise en place nécessite l’intégration directe dans la pompe de systèmes de surveillance intelligents. Ces capteurs veillent sur la pompe en permanence et donnent l’alarme dès qu’une anomalie est détectée. Cette alarme est visible sur la supervision du site ou encore transmise à distance, soit par interrogation du client, qui demande l’information au système, soit sous forme d’un message d’alerte transmis par SMS, fax ou courriel, auprès de l’opérateur d’astreinte et contenant une description de l’anomalie. À partir de cette information, il peut se connecter à l’équipement pour parfaire le diagnostic.

Une telle approche a été mise en service au début de cette année par KSB dans une usine de cogénération fournissant de la vapeur à une papeterie et de l’électricité au réseau EDF. Dans cette usine, 40 pompes (dont certaines ont un fonctionnement critique) fonctionnent 24 h/24, d’où une surveillance permanente réalisée par KSB. L’objectif du contrôle est d’éviter autant que faire se peut tout arrêt de production provoqué par les pompes. Le choix s’est porté sur la surveillance des vibrations des pompes. Des capteurs sont placés sur les différents paliers de la pompe dite critique. Tous ces capteurs sont connectés à un multiplexeur, lui-même relié au central de surveillance. Cet équipement inclut un logiciel qui traite, mémorise les données et les transmet via internet à un spécialiste maintenance de KSB. Celui-ci surveille le niveau vibratoire des pompes. Il a charge d’alerter le client dès que les vibrations ont atteint le seuil critique, charge à lui d’engager les mesures appropriées. « Cette procédure permet d’organiser le temps de travail, on sait ce qui nous attend et l’on peut planifier les interventions lourdes », affirme Ludovic Merai, préparateur KSB Service.

Parallèlement au développement de ces services, rendus possibles par une meilleure détection locale des problèmes et par la possibilité (après un traitement local de l’information) d’un dialogue rapide via internet entre l’opérateur de maintenance et la machine, les constructeurs ont soigné l’ergonomie de leurs pompes rendant plus espacées et aisées les interventions de maintenance.

Une meilleure ergonomie des pompes…

Si les équipements de pompage fonctionnent sans gros problème sur l’eau pure, ils sont fortement sollicités sur les effluents d’assainissement, les boues et certains additifs de conditionnement (la chaux). Dans ces conditions de fonctionnement difficile, les équipements connaissent une usure prématurée avec pour conséquence une augmentation du risque de panne. Ce problème est aigu notamment à la suite d’une période d’exploitation par temps sec. À ce moment, les eaux remettent en circulation les fibres et matières solides déposées dans les canalisations. « Même après un dégrillage fin, les

[Photo : À l’usine Posidonia d’Agde, les pompes sont pilotées au travers de variateurs de vitesse Altivar 38 en coffret.]
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filasses qui ont traversé le tamis ont la fâcheuse habitude de s’amalgamer de nouveau », explique Jean-Pierre Aluze, adjoint au directeur du site Aliotis à Nice exploité par Degrémont Exploitation. « Ces paquets de détritus entraînés jusqu’aux augmentent le risque d’usure prématurée et surtout d’obstruction de la pompe ». Pour limiter ce phénomène, les ingénieurs d’études ont travaillé sur le design de leurs afin de réduire le stockage des matières en suspension qui favorise au bout d’un certain temps le bouchage de la pompe. Ainsi, KSB a optimisé le design de la roue qui se trouve au cœur de son système de pompage pour améliorer le fonctionnement de l’équipement sur les liquides chargés. De plus, son catalogue propose plusieurs formes qui sont à choisir en fonction des particularités du fluide chargé.

Grundfos a équipé toutes ses à canaux, qu’elles soient immergées ou en fosse sèche, du système breveté de réglage du jeu de la roue SmartTrim. Ceci permet de retrouver facilement le jeu hydraulique réglé en usine et donc de maintenir le rendement élevé de la pompe.

Chez Flygt, la série N a été spécialement conçue pour un fonctionnement sur l’eau usée. Au niveau de la partie hydraulique, une roue semi-ouverte, à deux canaux, complétée par une gorge spéciale de dégagement dans la volute, réduit les risques de bouchage. Elle permet de maintenir un rendement constant même dans les pires conditions de service.

Chez Iwaki, la nouvelle série MX est la première à bénéficier d’une innovation basée sur la division du corps (ou volute) en deux parties (un corps avant et un corps arrière) formant une chambre tangentielle conique. Ainsi, la quantité de fluide canalisée dans la chambre est guidée efficacement vers l’orifice de refoulement optimisant ainsi le rendement.

De son côté, le groupe Salmson/Emu a développé une garniture mécanique à cassette conçue pour répondre efficacement aux contraintes de fiabilité, longévité, encombrement et efficacité. Elle se présente sous la forme d’une pièce monobloc facilement démontable. Cette cassette est donnée pour une durée de vie d’environ 50 000 h. Entièrement démontables, les faces de frictions peuvent être réusinées en cas de nécessité. De construction extrêmement courte (longueur raccourcie d’environ 50 % par rapport à une garniture mécanique conventionnelle) et montée immédiatement sous le roulement inférieur du moteur, ces améliorations mécaniques diminuent porte-à-faux et vibrations et augmentent la durée de vie des roulements et des faces de friction. Le système de garniture à cassette est insensible au sens de rotation de la pompe quel qu’en soit la durée, ce qui garantit un fonctionnement parfait même en cas de court fonctionnement en sens inverse. Salmson/Emu proposent également un revêtement de type CERAM conçu pour protéger les EMU contre la corrosion dans le cas de sollicitation mécanique particulièrement intensive.

Pour le dosage, de la famille Sigma/3, proposées par ProMinent, sont constituées d’un corps bi-coque (intérieur en métal et extérieur en plastique) qui leur assure une protection contre les agressions chimiques des produits qu’elles dosent. La tête doseuse, en PVDF, est équipée d’une double membrane de sécurité guidée mécaniquement et équipée d’un détecteur de rupture pour plus de sécurité.

péristaltiques évoluent aussi. La ELRO série IP de Mesa a une conception originale visant à maintenir les caractéristiques (débit, pouvoir d’aspiration) quelle que soit l’usure du tuyau. Pour ceci, le rotor qui compresse un tuyau robuste grâce à deux patins, est contenu dans un carter étanche, sans risque de fuite. Le tuyau est équipé d’un canal additionnel permettant la mise sous vide du carter. Ce principe original est breveté. Après le passage du patin, le tuyau revient à sa forme initiale par le vide régnant dans le carter et non pas par sa mémoire élastique. Cette est équipée d’une détection visuelle ou automatique de l’usure avancée du tuyau. Les différents matériaux disponibles pour le tuyau permettent son utilisation pour des applications aussi variées que la prise d’échantillon avec une très longue tuyauterie d’aspiration (plus de 50 m), l’alimentation de filtre-presse jusqu’à

[Encart : Actuellement il est très difficile d’évaluer les coûts d’exploitation, de maintenance, de réparation et d’arrêt des installations suite à des interventions sur les. Il existe aussi peu d’informations et de données sûres sur les fréquences de pannes. Les choses vont bientôt changer chez Degrémont. Courant 2004, ses ingénieurs d’exploitation devraient pouvoir croiser les répertoires de leurs interventions mémorisées par tous les logiciels de GMAO (gestion de la maintenance assistée par ordinateur) des sites qu’ils exploitent. L’ensemble de ces fichiers va construire une vaste base de données matériels multiconstructeurs, qu’ils ne manqueront pas d’exploiter pour leurs besoins internes.]
[Photo : Le lancement de Multimaster PFC, dote le Finlandais Vacon Plc, d’une solution permettant de commander jusqu’à six simultanément. Chaque moteur est individuellement commandé par un variateur Vacon NXS.]
[Photo : Danfoss propose à partir de son VLT 8000 Aqua de réguler jusqu'à 5 pompes en cascade ou en maître/esclave.]

13 bar, le transfert de boues de stations contenant seulement 25 % d’eau (≈ 70 000 cp), le transfert et alimentation de floculants, de lait de chaux...

De gros progrès ont également été réalisés au niveau des paliers. Ce sont des endroits sensibles à l'usure puisqu’ils sont le contact avec la partie en rotation de la pompe.

...et des paliers pour améliorer la maintenance

Chez Flygt, par exemple, l’étanchéité de la pompe N3153 est assurée par une cartouche. Il s’agit d'un ensemble monobloc qui regroupe les garnitures mécaniques inférieure et supérieure, et qui se monte et se démonte sans outillage spécial sur l'axe de rotation. Cette unité intègre entre les deux garnitures une petite hélice. Dans l’exécution avec enveloppe de refroidissement, cette hélice assure la circulation du liquide de refroidissement à l’intérieur de la chemise, améliorant du même coup la longévité de la pompe. Le liquide de refroidissement (un mélange d’eau et de monopropylène glycol) sert également à la lubrification des éléments mécaniques des garnitures.

Sur sa pompe CR Range, Grundfos a amélioré sa garniture mécanique. Celle-ci se présente sous la forme d’une cartouche plus simple à changer.

Pour limiter les sollicitations fortes et répétitives encaissées par certaines pompes aux démarrages répétitifs, des techniques spécifiques existent. Elles permettent de limiter la mise en pression et la décélération rapide du réseau à l’origine des coups de bélier.

Gérer en douceur les départs de pompe

Pour gérer en douceur les départs de pompe, deux approches sont technologiquement possibles : l'utilisation d'un démarreur ou celle d'un variateur de vitesse. Pour Bernard Défourneaux, Chef de produit variation de vitesse chez Schneider Electric : « Si une pompe doit démarrer périodiquement pour fonctionner à plein régime, il faut se servir d'un démarreur, il évite les phénomènes dévastateurs liés aux régimes transitoires violents lors des démarrages et arrêts. Par contre, s’il faut gérer des débits variables, il est préférable de mettre en œuvre un variateur de vitesse. »

Avec ses gammes Altistart et Altivar, Schneider Electric commercialise les deux gammes d’équipement. Le démarreur Altistart assure la mise en vitesse progressive du moteur mais ne donne pas la possibilité de travailler à d'autres vitesses.

Cet équipement est intéressant sur les grosses pompes de type centrifuge, là où l'on cherche à réduire le courant de démarrage. L’Altistart 48 et sa commande en couple apportent une accélération linéaire conservée jusqu’à la vitesse nominale, contrairement aux démarreurs à limitation de courant qui, malgré une première amélioration, présentent encore une accélération en fin de rampe générant une mise en pression brutale et une décélération rapide et non maîtrisée.

Le contrôle du couple moteur tout au long de la rampe de démarrage supprime les coups de bélier quel que soit l’état de charge en maintenant une décélération douce de la pleine vitesse jusqu’à l’arrêt de la pompe, ce qui protège l'installation.

Sur les pompes devant fonctionner à vitesse variable, la solution variateur de vitesse, telle que l’Altivar 38, dédié à ce type de marché, est à préférer. Elle présente de nombreux avantages : elle permet de s'affranchir de la vanne de réglage (nécessaire pour faire varier le débit d'une pompe non équipée d'un variateur de vitesse), elle améliore la fiabilité du process par un réglage plus fin des transits fluidiques, elle évite la détérioration du réseau... Et, en plus, elle favorise des gains d’énergie conséquents.

[Photo : Le département Recherche et Développement de Salmson réalise des pompes et modules de surpression équipés de Variation Électronique de Vitesse (V.E.V.).]

La variation de vitesse pour économiser l’énergie

Liée à un variateur de vitesse, la régulation précise du fonctionnement de la pompe évite les surconsommations d’énergie inhérentes aux systèmes tout ou rien qui travaillent, eux, en état de surpression permanente avec un nombre de démarrages élevé. « Cette technique est de plus en plus utilisée sur les grosses installations pour faire des économies d’énergie », explique Gaël Chevrier, spécialiste des pompes chez Degrémont, « mais le prix reste encore dissuasif par rapport aux économies réalisées pour une utilisation sur les petites installations ». ABS Pumps propose par exemple la variation de vitesse sur ses turbo-compresseurs HST Integral ; ABB, Danfoss, Flygt, Leroy Somer, Schneider Electric, Grundfos, Vacon apportent aussi leurs solutions.

Le département R & D de Salmson propose des pompes et modules de surpression équipés de Variation Électronique de Vitesse (V.E.V.). « La variation électronique de vitesse représente une évolution majeure et incontournable pour les équipements d’adduction et de surpression. Pour une installation de surpression, on estime le temps pendant lequel le besoin est maximal à environ 20 % de la durée totale de fonctionnement. Autrement dit, pendant 80 % de son temps de marche, le surpresseur tourne à plein régime alors qu'une fraction de sa puissance serait suffisante pour fournir la pression et le débit requis réellement par le

process » explique Patrick Grandmaire, Responsable technique du département “Cycle de l'eau” chez Salmson.

Conséquences : un gaspillage énergétique important, mais aussi des effets secondaires néfastes, tels que surdimensionnement des pompes, nécessité d’installer des systèmes de régulation complémentaires, nuisances sonores, usure prématurée des équipements et qualité inégale du service offert aux utilisateurs. Autant d'inconvénients qu’élimine désormais la V.E.V.

Avec Varmeca 20, Leroy Somer propose une solution vitesse variable pour la régulation des pompes centrifuges. Cet équipement se substitue aux variateurs électroniques séparés et intègre la gestion automatique de la pompe. Intérêt, l’équipement ne nécessite pas d’armoire et limite le nombre de composants externes sans modification du tableau électrique de l’équipement. La régulation de vitesse (pilotée en PI ou par consigne externe) s’effectue à partir d’un capteur auto-alimenté qui adapte la puissance électrique absorbée aux besoins du pompage. Varmeca 20 régule automatiquement la vitesse de la pompe en fonction des besoins réels et gère, si besoin est, l’arrêt de la pompe. Équipé d'une détection de désamorçage, il s’autoadapte en cas de surcharge et met à la disposition de la supervision divers états de fonctionnement : débit maximum, marche automatique, défaut de capteur…

Le lancement de Multimaster PFC dote le Finlandais Vacon Plc d’une solution permettant de commander jusqu’à six pompes simultanément. Chaque moteur est individuellement commandé par un variateur Vacon NXS.

Chaque système peut comporter jusqu’à trois variateurs de vitesse communiquant entre eux via un réseau de communication à grande vitesse. Toute l'intelligence nécessaire est intégrée dans les variateurs de vitesse. Redondant, cet ensemble apporte une grande fiabilité. Chaque variateur est directement raccordé à la fois à l'unité de commande et au système par ses capteurs dédiés. Une défaillance dans une partie quelconque du système stoppe l’entraînement qui lui est lié. La communication continue entre les variateurs et adapte le système à toutes situations particulières. Ainsi, en cas de coupure du variateur maître, la préprogrammation assure le transfert automatique de ses fonctions sur l'un des autres variateurs, avec un effet minime, voire nul, sur le processus. Par ailleurs, le transfert pré-programmable de la fonction maître entre les différents variateurs est possible. Ainsi, l'opérateur peut présélectionner le temps de marche du Variateur 1, après quoi la fonction maître est automatiquement transférée sur le Variateur 2. Ce fonctionnement assure une répartition uniforme de l'usure entre les entraînements et prolonge l’intervalle entre les interventions d’entretien.

De plus, ceci permet de contrôler régulièrement le bon fonctionnement des équipements. Une telle approche est particulièrement intéressante pour gérer la mise en route successive des pompes montées en cascade lorsque la consommation augmente.

Ainsi, lorsque la pompe du Variateur 1 (qui fait office de maître) atteint son débit maximal et qu'une capacité supplémentaire s'avère nécessaire, celui-ci se verrouille et transfère la fonction maître au Variateur 2. Puis cette opération peut se reporter sur le Variateur 3 et même en sens inverse lorsque la consommation diminue.

Danfoss propose, à partir de son VLT 8000 Aqua, de réguler jusqu’à cinq pompes en cascade ou en maître/esclave (voir article « Des variateurs de vitesse pour optimiser l'alimentation en eau potable et l’épuration des eaux usées » du n° 261). Flygt propose Technovar, un variateur conçu pour être posé sur chaque moteur de pompe et qui, après fixation des valeurs de consigne (débit, pression…), assure la coordination avec les autres pompes via bus de communication.

Quant à Schneider, ses ingénieurs, qui militent en faveur de la variation de vitesse, proposent gratuitement le logiciel ECO8 pour que chacun puisse faire son calcul d’économie d’énergie grâce à l’installation d’un convertisseur de fréquence Altivar.

[Encart : Vigitrol de Caprari « Au risque de frustrer nos ingénieurs, nous avons fait le choix de l’extrême simplicité, même s’il leur était facile de faire sophistiqué, affirme Caprari. Un système de surveillance ne doit pas ouvrir une nouvelle chaîne de défaillance. » Dans les installations, près de 80 % des pannes signalées par les pilotes se révèlent dues à des systèmes de sécurité ; plusieurs appareils s’étant même déclarés parce qu’ils avaient été trompés par de fausses alarmes. Vigitrol est donc trois informations en une : température instantanée, un niveau haut de température programmable et un signal de défaillance. Vigitrol ne dépasse jamais 5 W et, monté en « à-temps » sur la pompe, évite automatiquement le lancement des alarmes de sûreté en l’absence d’eau. Dans les stations de pompage, les exploitants préfèrent à juste titre disposer d’un système global de gestion des arrêts de pompes et alarmes. Tous matériels confondus, il suffit donc de fournir une information simple mais parfaitement fiable. La sonde de Vigitrol 200 de Caprari, placée au plus près du chignon supérieur du bobinage, réagit en temps réel au moindre écart de température, détectant aussi bien les problèmes électriques moteur que les dégradations mécaniques. Des petites pompes de quelques kW aux grandes de la série P (450 kW, 160 l/s sous 200 m de pression), 98 % des pompes peuvent être anticipées par une mesure ultra-rapide et sensible de la température moteur. ]
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