Le Flow Monitor pour Truedos® présente une solution Plug & Play économique et facile à utiliser requise pour la maintenance prédictive et le contrôle des installations de dosage. Cette solution n?est possible que grâce au moteur pas à pas linéaire dynamique.
Les technologies de traitement de l'eau et les procédés industriels requièrent un grand nombre d’applications de dosage aux exigences croissantes en termes de précision, fiabilité et plus particulièrement pour la surveillance et la traçabilité des processus.
Le dosage d'anti-scalants et de produits anti-fouling en osmose inverse, et dans tous les procédés où est mise en œuvre la filtration membranaire, en sont des exemples. Le dosage des différents biocides pour le traitement de la légionellose et des agents anti-mousse dans la production papetière ou alors des agents de nettoyage et de désinfection, les applications NEP dans l'industrie
agro-alimentaire présentent des critères de suivi en pleine évolution. Dans les applications de décontamination, de neutralisation de procédé industriel et pour le traitement de l'eau, le dosage fiable des acides concentrés et des lessives alcalines s'est révélé être une tâche complexe qui exige un suivi très strict.
Aussi, pour l'ensemble de ces applications, une solution novatrice a été développée avec la nouvelle génération des pompes de dosage numérique Truedos™ en termes de précision, de fiabilité, de traçabilité et de sécurité de fonctionnement.
Toutefois, les systèmes traditionnels sont toujours utilisés au regard de la surveillance du dosage et de contrôle de procédé, en revanche ceux-ci ne répondent plus aux exigences actuellement requises. Avec le nouveau Flow Monitor numérique développé par Alldos, l'utilisateur a désormais le contrôle intégral de son système de dosage. Le système intelligent diagnostique et détecte la présence de défaut dans la tête de dosage et le signale immédiatement et ce même dans le cadre de réglages des quantités de dosage les plus infimes exprimées en ml/h.
Les développements suivants présentent les bases et les principes du « Flow Monitor » Alldos concernant le contrôle de dosage. Pour comprendre ses enjeux, nous résumons ci-après les causes d’erreur de dosage et les solutions traditionnelles encore utilisées en termes de surveillance de débit.
Causes des erreurs de dosage
Les causes les plus fréquentes de dysfonctionnements rencontrés lors du dosage avec des pompes doseuses à membrane peuvent être répertoriées de la façon suivante :
• Présence d'air ou de bulles de gaz dans la tête de dosage ; • Bulles de cavitation dans la tête de dosage ; • Fuite dans le clapet d’aspiration ou de refoulement ; • Pression de service trop élevée ou variations de la contre-pression au niveau du procédé.
Il est à noter que les phénomènes évoqués ci-dessus ne sont pas liés à la pompe en elle-même mais généralement à des conditions hydrauliques inappropriées pour l'ensemble de l'installation de dosage. Toutefois, ces états de fonctionnement peuvent être détectés et évalués avec le diagramme des pressions image de la procédure de dosage, comme cela est exposé en détail dans les développements suivants.
Solutions courantes pour la surveillance du débit
Les solutions courantes générales pour le contrôle de dosage des pompes doseuses à membrane fonctionnent à ce jour selon le principe du rotamètre. Chaque mouvement du fluide engendré par l’effet volumétrique alternatif de la pompe doseuse est capté par mesure optique, magnétique ou inductive. Ce type de contrôleur de dosage est réglé à un point de fonctionnement de débit de dosage et s'ajuste par commutateur, par by-pass ou par l’électronique de la pompe selon le constructeur. Les faiblesses de ce système sont alors évidentes : le réglage doit être à chaque changement de conditions d'utilisation de la pompe doseuse, modification de la longueur de course et/ou de la fréquence. En cas de régulation continue où le débit de la pompe doseuse — organe de réglage à commande 4-20 mA — ce type de contrôleur de dosage n’est pas utilisable. Dans le cadre du dosage de fluides visqueux, ce type de mesure de capteur est souvent inadapté et cela ne constitue qu'un contrôle de débit.
Principe de fonctionnement du Flow Monitor
Diagramme indicateur général
Le diagramme indicateur général représente les phases d’évolution de la pression en fonction de la course d'aspiration ou de refoulement du piston/membrane de la pompe volumétrique alternative Truedos™.
La figure 1 montre un cycle d’évolution de pression pour une pompe doseuse en fonctionnement normal. Au départ — point 1 — pendant la phase de refoulement, on visualise d'abord une phase de compression jusqu’à la pression d’ouverture du clapet de refoulement — point 2 ; s’ensuit la phase de dosage ou d'injection jusqu’au point mort externe — point 3. Lors de la phase d’aspiration (retour de la membrane), on visualise une détente jusqu'à l’ouverture du clapet d'aspiration — point 4, puis une phase d'aspiration jusqu'au point mort interne — point 1 — qui constitue toujours l'origine du cycle.
Diagramme indicateur pour la détection des dysfonctionnements
Le diagramme indicateur général décrit précédemment d'une pompe doseuse à membrane est alors enregistré comme référence dans sa carte numérique de commande, ce qui permet de détecter par comparaison de courbe les dysfonctionnements de dosage.
Deux cas typiques d’anomalie de dosage apparaissant fréquemment sont représentés sur la figure 2.
Lors de la présence de bulles d’air ou de gaz dans la chambre de dosage qui se visualise via la courbe 2, et qui sont synonymes d’amorçage incomplet ou de légère cavitation, on constate une phase de compression plus lente qui se traduit par un volume de dosage réduit.
Dans le cas de phénomènes plus importants à l’aspiration, la cavitation se visualise sur la figure 2 par la courbe 3. Les causes sont : une section trop petite de tuyauterie, une perte de charge dynamique à l’aspiration trop importante ou une viscosité trop élevée. La tension de vapeur du fluide dosé a une importance toute particulière en phase d’aspiration. Là aussi, le volume de dosage obtenu est inférieur.
Deux autres cas typiques de dysfonctionnement de dosage apparaissant fréquemment sont représentés sur la figure 3. Toujours par comparaison avec le cycle de fonctionnement normal visualisé sur la courbe 1, en cas de fuite au niveau du clapet d’aspiration – courbe 2 –, la pression de service est atteinte plus lentement et la pression chute avant d’avoir atteint le point mort externe, dès que le débit de fuite est supérieur au débit de refoulement instantané de la pompe.
En cas de fuite au niveau du clapet de refoulement – courbe 3 –, on constate avant la fin de la course d’aspiration une augmentation de la pression, et notamment au moment où le débit de fuite dans le clapet de refoulement est supérieur au débit d’aspiration instantané de la pompe.
Par ailleurs, la chute de pression est plus lente au début de la phase aspiration – ceci étant dû aux post-courants dans le clapet de refoulement (inertie de la colonne de liquide refoulée).
En outre, le diagramme indicateur de pression permet de détecter d’autres paramètres tels qu’un dépassement de la pression de service ou pression maximum paramétré dans la carte de contrôle numérique.
La Solution “Flow Monitor”
Une solution Plug & Play a été mise au point et fait l’objet d’un brevet. La pompe doseuse Truedos digital est équipée d’un capteur de pression. La carte de commande du moteur pas à pas dynamique est utilisée pour l’enregistrement et le traitement des valeurs mesurées.
La figure 4 montre le principe de fonctionnement. Le microprocesseur enregistre en continu la pression de la chambre de dosage et la position de la membrane à partir du pilotage du moteur, celle-ci étant parfaitement connue grâce à la cinématique d’entraînement liée au moteur pas à pas.
De cette façon, le microprocesseur est en mesure de calculer le diagramme indicateur en permanence. Des algorithmes d’évaluation ont été développés pour cette solution Plug & Play, grâce auxquelles les erreurs de dosage décrites ci-dessus peuvent être détectées et signalées.
Les paramètres de la surveillance du débit ont été sélectionnés pour le paramétrage de base de façon à couvrir un grand nombre d’applications connues.
Par ailleurs, il existe déjà aujourd’hui la possibilité de lire des points représentatifs du diagramme indicateur enregistré dans la mémoire et de les utiliser pour établir un diagnostic de défaut.
En outre, le processeur calcule en permanence la valeur moyenne de la pression de refoulement dans la chambre de dosage, laquelle est représentative de la pression instantanée de service du procédé et peut être affichée à tout moment en appuyant un simple bouton.
Perspective
Base et potentiel pour une évolution ultérieure
Une surveillance continue des pompes doseuses à membrane par enregistrement et évaluation automatique des diagrammes indicateurs de pression instantanée offre des possibilités accrues pour le contrôle, la traçabilité et la sécurité de fonctionnement :
- La pression en tant que grandeur physique permet d’utiliser un système de contrôle indépendant de la taille de la pompe.
- Le diagramme indicateur de pression est indépendant de la vitesse de rotation, de la viscosité et de la température. Ainsi, on obtient la même requête d’analyse dans l’ensemble de la plage de débit d’une pompe – réalisée par exemple avec Truedos 209-0,4D de 0,4 à 400 ml/h – sur toute sa plage de fonctionnement dynamique.
- Avec l’enregistrement de la pression instantanée du système, la variation de débit de refoulement instantanée de la pompe est ajustée par l’adaptation de la vitesse de rotation.
- Grâce à l’extension de la quantité des données saisies et de la puissance des microprocesseurs, ainsi que le parachèvement des algorithmes d’évaluation et des expériences supplémentaires avec ce système, on peut s’attendre à des potentiels encore plus considérables au regard de l’analyse des défauts et de la traçabilité des procédés de dosage.
