Installation de la variation électronique de vitesse sur une pompe

samedi 12 mars 2016
par  EcoEnergieTech
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Qu’est-ce que c’est ?
Les Variateurs Électroniques de Vitesse (VEV), installés sur les moteurs électriques d’entraînement de vos systèmes de pompages, permettent d’optimiser la consommation en électricité de vos installations.


Parlons tout d’abord de régulation

L’objectif de la régulation est d’adapter le débit (deltaP) du fluide à la demande. Pour cela, il existe deux variantes technologiques :
- Régulation par variation de pertes de charge qui revient à une modification du réseau d’eau (vannes, fonctionnement fixe de la pompe quelque soit la demande)
- Régulation par variation de la vitesse de rotation de la pompe (fonctionnement variable de la pompe en fonction de la demande).

Il existe différents systèmes de régulation du débit comparables à ceux existants pour les ventilateurs :
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Questions à se poser...
Le pompage :
- Quel est le mode de régulation des pompes ?
- Quel est le paramètre influençant la consommation de ma pompe (sur quoi asservir ma pompe) ?
- Est-il opportun d’installer des VEV sur mes pompes ?
- La GTC permettrait-elle d’optimiser le fonctionnement de mes pompes ?


Comment ça marche ?
La plupart des pompes centrifuges fonctionnent en débit variable au moyen d’organes de réglage installés sur les circuits hydrauliques comme des vannes.

Ces réglages sont effectués par une dissipation du surplus d’énergie hydraulique de la pompe, utilisant ainsi de façon très peu efficace l’énergie électrique consommée (énergie crée pour rien). Ces pompes fonctionnent à vitesse de rotation fixe.

La consommation énergétique du circuit peut être optimisée non par des vannes, mais en réduisant la vitesse de rotation de la pompe au moyen de la variation de vitesse de son moteur électrique. Pour cela, l’alimentation du moteur électrique par un Variateur Électronique de Vitesse est la solution technique la mieux adaptée.

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Paramètre influençant la consommation

L’objectif de la variation électronique de vitesse est d’adapter la vitesse et le couple d’un moteur à sa charge. Pour cela, le variateur ajuste les paramètres tension/courant/fréquence de la source d’alimentation du moteur.

La vitesse de rotation (n) d’un moteur asynchrone dépend de la fréquence du réseau (f), du nombre de paires de pôles du moteur (P) et du glissement (s) :

n [tr/min] = f [Hz ] x 60 x (1-s [-]) / P [-]

Le glissement s = (ns - n) / NS où NS est la vitesse synchrone et n la vitesse asynchrone. Il est proportionnel à la charge et proportionnel au carré de la tension d’alimentation.

P = C w

P (puissance), C (couple) et w (vitesse de rotation du moteur) sont ici exprimées dans les unités " officielles ", à savoir le Watt, le Newton.mètre et le radian par seconde.

La VEV agit donc sur la fréquence, qui agit sur la vitesse et par conséquent sur la puissance du moteur.


Les gains

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Prenons l’exemple d’une pompe régulée mécaniquement par une vanne de laminage au refoulement fonctionnant 5 000 heures par an, avec un débit moyen de 70 % du débit nominal entraîné par un moteur électrique de 30 kW (puissance nominale plaquée) dont le rendement est de 91% et qui fonctionne avec un taux de charge moyen de 80% par rapport à sa capacité maximale.

La courbe ci-dessus montre qu’un débit relatif de 70% correspond :
- dans le cas d’un réglage par vanne de laminage au refoulement, à une puissance électrique relative de 85%,
- dans le cas d’un réglage par VEV, à une puissance électrique relative de 38%.

Les puissances électriques moyennes appelées par le moteur sur le réseau sont :
- avec vanne laminage : 85% x 30 kW / 91% x 80% = 22,4 kW
- avec VEV (variateur de 99% de rendement) : 38% x 30 kW / 91% x 80% / 99% = 10,1 kW.

D’où un gain annuel d’énergie avec VEV de : (22,4 kW – 10,1 kW) x 5 000 h/an = 62 000 kWh/an correspondant à un gain immédiat de 3 720 € HT/an (avec l’hypothèse d’un prix de l’électricité à 0,06 € HT/kWh)


VEV vs FIXE
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La VEV ajuste en permanence la vitesse de rotation et le couple des moteurs au débit souhaité, et permet de consommer moins d’électricité.
Des gains importants sont également réalisés au démarrage des moteurs.


L’application, pour quel usage installer un Variateur Électronique de Vitesse

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La réduction de l’énergie électrique consommée d’autant plus importante que les variations de débit sont élevées (ce qui correspond à un débit moyen faible).
Le graphique montre que c’est sur des charges partielles que le moteur avec variateur permet d’économiser le maximum d’électricité. La VEV est donc adaptée lorsqu’il est nécessaire de changer de régime de fonctionnement de façon récurrente (cas des : ventilateurs, pompes centrifuges, compresseurs, air comprimé) ou lorsqu’il faut délivrer un effort variable (levage, déroulage, mélange).

La variation électronique de vitesse peut se substituer aux réglages classiques de débit associés aux pompes : vanne 3 voies (re-circulation par by-pass), vanne de laminage au refoulement, fonctionnement en cascade.


Avantages

Des gains annexes sont aussi réalisés sur l’allongement de la durée de vie des équipements, la réduction du bruit, maintenance réduite et plus de souplesse dans les process.

L’ADEME indique que les temps de retour sur investissement sont de l’ordre de 0,8 à 1,6 ans, sans compter les gains annexes, tel que l’augmentation de la durée de vie des équipements ou la réduction des coûts de maintenance.

En ce qui concerne la prime CEE, en prenant pour exemple l’installation d’un variateur sur un moteur d’une puissance de 200 kW, l’économie en termes de consommation est estimée à 4 200 000 kWh cumac et le montant de la prime sera de 10 500€. Le coût des travaux étant de 31 000€, la prime CEE couvre 30% des frais engagés. Grâce à cette prime le temps de retour sur investissement est donc considérablement réduit et l’amortissement du moteur est prolongé.
Source : ADEME Motor Challenge


8 bonnes raisons d’installer des Variateurs Électroniques de Vitesse sur une pompe centrifuge :
• Réduction de l’énergie électrique consommée d’autant plus importante que les variations de débit sont élevées (ce qui correspond à un débit moyen faible)
• Souplesse et précision de fonctionnement (démarrage, arrêt et changement de régime en douceur, précision et stabilité de régulation) ;
• Présence de boucles d’automatisme et de ports de communication sur le variateur (automatisation plus aisée du procédé de pompage) ;
• Réduction des contraintes mécaniques sur la pompe et sur les tuyauteries (suppression des « coups de bélier ») ;
• Réduction du bruit produit par les pompes ;
• Suppression de l’appel de courant au démarrage des moteurs par le variateur qui pilote en douceur les mises sous tension des moteurs ;
• Réduction de la consommation d’énergie réactive ;
• Réduction des émissions de CO2.


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