Q & A
économies d’énergie dans l’utilisation de ventilateurs centrifuges
Après s’être attaché à l’amélioration des rendements des moteurs électriques , l’Union Européenne a défini lerèglement 327/2011 portant sur l’efficacité énergétique des entilateurs entraînés par moteur électrique de puissance comprise entre 125 W et 500 kW, en publiant la directive ErP (Energy-related Product, directive 2009/125/EC).
Cette problématique s’inscrit dans le cadre des accords de Kyoto, avec l’ambition de réduire de 20% la con-sommation d’énergie fossile, de réduire de 20% l’émission des gaz à effet de serre, et de porter à 20% la part des énergies renouvelables à l’horizon 2020. Il s’agit d’attribuer un niveau de rendement « N » à chaque type de ventilateur, applicable dès le 01 janvier 2013, qui permet de lui définir un rendement énergétique cible, sachant que cette aleur de « N » sera portée à un niveau renforcé à partir du 01 janvier 2015. Cet objectif de rendement ira alors de pair avec l’obligation de commercialisation des moteurs d’efficacité IE3 Cette directive s’applique aux ventilateurs produits ou importés dans l’UE pour y être utilisés, mais ne con-cerne pas les ventilateurs destinés à l’exportation en dehors de l’UE. A partir du 01 janvier 2013, seuls les ventilateurs conformes à la directive ErP porteront le marquage CE, tandis que les ventilateurs non conformes ne seront pas marqués et ne seront destinés qu’à des utilisations hors UE.
Les ventilateurs existants ne doivent pas être remplacés et seuls les ventilateurs commercialisés après le 01.01.2013 sont concernés.
Timing de mise en œuvre de la directive ErP
01 janvier 2013
1e phase
-
- Rendement énergétique cible applicable pour les ventilateurs entre 12 W et 500 kW
- Moteurs entre 0.75 et 375 kW : IE2 minimum
=> Marquage CE uniquement pour ventilateurs conformes
01 janvier 2015
2e phase
- Renforcement du rendement énergétique cible pour les ventilateurs pour les ventilateurs entre 125 W et 500 kW
- Moteurs entre 7.5 et 375 kW :IE3 minimum, ou IE2 si entraînés par variateur de fréquence => Marquage CE uniquement pour ventilateurs conformes.
Dans la grande majorité des cas, ventilateurs de la gamme AIRVISION respectent déjà ces nouveaux règlements, et de nombreuses applications sont exemptées d’être équipées de ventilateurs respectant l’ErP, notamment :
- ventilateurs de puissance > 500 kW au point de rendement max. du ventilateur.
- ventilateurs conçus pour déplacer des gaz supérieurs à 100°C.
- ventilateurs conçus pour déplacer des gaz corrosifs, toxiques ou abrasifs
- ventilateurs ATEX-ventilateurs utilisés en cas d’urgence (désenfumage 400°C/2h, 300°/1h etc…)
- etc…
AIR VISION est et reste donc votre interlocuteur privilégié pour la définition des ventilateurs nécessaires à vosprojets, par la garantie offerte de respect de cette directive.
Comme toute machine tournante, les ventilateurs nécessitent une surveillance afin d’éviter toute détérioration de leurs caractéristiques, mais aussi pour éviter toute casse -parfois dangereuse pour le personnel- susceptible d’entraîner des couts directs et indirects.
L’état de la roue doit être régulièrement évalué avec éventuel nettoyage pour éviter tout déséquilibrage.
La lubrification des paliers doit être effectuée selon la fréquence, la quantité et le type de graisse préconisés par le fabriquant. Certains ventilateurs, vitaux pour la bonne marche du processus de fabrication dans lequel ils sont intégrés, peuvent bénéficier d’un monitoringpermanent de mesure de la température et des vibrations de leurs paliers.
Courroies et roulements doivent être régulièrement inspectés et changés lors d’arrêts programmés, en fonction de leur durée de vie moyenne déterminée par le fournisseur.
Parmi les critères environnementaux à évaluer lors de l’installation d’un équipement de production, figure le niveau de bruit avant et après sa mise en service.
Une société spécialisée est chargée de mesurer le bruit de fond existant avant l’installation et un cahier des charges est établi parmi lesquelles figure le niveau de bruit à respecter en limite de propriété, avec même parfois des dépassements maximum à respecter par bande d’octave.
Les ventilateurs sont générateurs de bruit et sont souvent concernés par ces limitations. Le fournisseur veillera à proposer des ventilateurs à bon rendement, tournant à vitesse modérée, avec les équipements anti-bruit nécessaires : silencieux, isolation de volute, capotages acoustiques etc.
Le bruit, ce sont les tonneaux vides qui font le plus de bruit
Si les valeurs de dimensionnement du ventilateur sont rarement atteintes, il est intéressant d’entraîner le ventilateur à vitesse variable au moyen d’un variateur de vitesse, en alternative au vulgaire étranglement de la veine d’air au par une vanne, un registre, une tôle ou un diaphragme. En effet, plutôt que consommer toute la pression dont on n’a pas besoin dans un organe d’étranglement, une énergie non négligeable sera économisée en adaptant la vitesse du ventilateur aux caractéristiques débit-pression dont on a réellement l’utilité.
Un calcul peut rapidement être effectué pour connaître le temps d’amortissement du coût d’un variateur de vitesse.
Dans le cas d’un air industriel relativement propre, non corrosif, jusqu’à ± 400°C, on utilise de l’acier au carbone. La nuance utilisée (limite élastique de 37 kg/mm² à 70 kg/mm²) dépendra des tensions apparaissant dans la roue du fait des forces centrifuges et qui seront calculées par le fabricant du ventilateur. Pour des températures plus élevées, on utilisera de l’acier inox ou même réfractaire.
Diverses nuances d’acier inoxydable, ou un matériau synthétique (PP, PVDF, polyester) seront utilisés si les gaz sont corrosifs.
Des aciers durs, ou même revêtus de carbure de chrome, de tungstène etc… seront préconisés si les gaz contiennent des particules très abrasives (clincker, oxydes métalliques, sable etc…)
Un calcul rapide peut être effectué comme suit :
Puissance absorbée par le ventilateur :
Pabs. = Q x H / (100 x η),
- Avec Pabs en kW
- Q en m³/s
- H en daPa
- Le rendement du ventilateur η = 0.75 pris comme valeur moyenne.
On affectera cette puissance absorbée d’un coefficient de sécurité de 15% , et on choisira ensuite la puissance de moteur normalisée directement supérieure à la valeur trouvée.
La perte de charge d’un circuit est l’addition des pertes de charges des équipements présents dans le circuit et de celles des obstacles que rencontre l’air.
Equipements : la valeur de sa perte de charge est fournie par le fournisseur de l’équipement (ex : filtre, échangeur de chaleur, laveur de gaz, chaudière de récupération etc…)
Obstacles : coudes, bifurcation, réduction, élargissement de section des gaines constituent tous des freins à la progression de l’air, que l’on objective par une perte de charge exprimée en Pa, mmce, mbar, etc….
Si
- ∆p est la perte de charge en daPa
- v est la vitesse de l’air en m/s, avec v = Q/S (Q est le débit en m³/s et S la section de la gaine en m²)
- ρ est la masse volumique de l’air en kg/m³,
On a
- ∆p = K x v² x ρ / 20, K,étant le coefficient de perte de charge de l’élément considéré (ex: coude K=0.1 à 0.5 selon son design)
Economies energie dans utilisation de ventilateurs centrifuges
Pour les process industriels, la valeur du débit à véhiculer est en général la conséquence d’un calcul , par exemple, du volume de gaz dégagés par une combustion, de la quantité d’air de refroidissement pour une dilution, de la vitesse d’air nécessaire dans les gaines pour éviter le dépôt de poussières sur ses parois, etc…etc…. Dans le cas d’une ventilation de batiment, en fonction de la nature de l’activité exercée, c’est le nombre de renouvellements d’air par heure multipliée par le volume du batiment qui permettra d’établir le débit.
Les données de base à connaître par l’utilisateur sont :
- le débit
- la perte de charge du circuit
- la tempéraure de l’air à véhiculé
Elles permettent au fournisseur de choisir dans sa gamme le ventilateur dont la courbe débit-pression passe par le point « débit-perte de charge » souhaité.
De nombreux autres paramètres lui permettront d’affiner sa sélection, à savoir :
- Composition des gaz, s’il ne s’agit pas uniquement d’air
- fonction du ventilateur : air de combustion, de tirage, de fluidisation, aération de batiments etc…
- particularités des gaz : risque d’abrasion, corrosion, danger d’explosion etc…
- vitesse de rotation souhaitée et/ou niveau de bruit à respecter.
- etc…
Un ventilateur axial est préconisé si le débit est grand par rapport à la valeur de perte de charge. A l’inverse,
on utilisera un ventilateur centrifuge si les pertes de charge du circuit sont élevées en regard du débit à véhiculer. Il existe également divers modes de transmission de la puissance du moteur électrique vers le ventilateur.
Roue du ventilateur calée directement sur le bout d’arbre du moteur (arrangement 4)
Roue du ventilateur supportée par un arbre et des paliers, et transmission par courroies entre arbre moteur et ventilateur (arrangement 9 et 12)
Roue du ventilateur supportée par un arbre et des paliers, et transmission via accouplement semi-élastique entre arbre moteur et ventilateur (arrnagement 8)
Dans le cas d’un ventilateur centrifuge, il est également possible de choisir l’orientation de l’orifice de refoulement en fonction de la position de la gaine. Ces orientations sont normalisées en fonction du sens de rotation (LG ou RD) et en fonction de l’angle de l’axe du refoulement par rapport à la verticale (0°, 45°, 90° etc…)