Le traitement de l’eau et des eaux usées est un travail indispensable pour la protection de nos ressources hydriques, et la réduction de notre impact sur l’environnement. Toutefois, les ressources énergétiques nécessaires pour la réalisation de ce traitement sont susceptibles d’avoir, elles aussi, un impact sur le milieu, sans parler de l’impact sur nos finances, avec l’augmentation incessante des prix de l’énergie. En conséquence, un grand nombre d’installations de traitement de l’eau s’efforcent activement d’améliorer leur rendement énergétique. Bauer Gear Motor est parvenue à optimiser la consommation d’énergie d’une installation située à Bayreuth, en Allemagne, en réduisant la charge environnementale et les frais d’énergie par le biais d’une solution innovante à motoréducteurs, pour réaliser l’installation de l’avenir.
Commander tous les motoréducteurs directement par ProfiNet Bus
Fabriqué en 1999, l’installation de traitement des eaux usées municipale de Bayreuth, utilisait des moteurs à induction asynchrones de 1,5 kW à démarrage direct sur secteur, fonctionnant avec une fréquence de 50 Hz. Ces moteurs qui avaient été fournis par Bauer Gear Motor, ont fonctionné fidèlement depuis leur installation. Toutefois, leur rendement énergétique n’étant plus conforme aux niveaux exigés. En tant que fournisseur de l’équipement d’origine, on fit donc naturellement appel à la société Bauer Gear Motor, membre de Altra Industrial Motion Corporation, en la priant de proposer une solution à même de fonctionner avec le même degré de fiabilité, tout en apportant un rendement énergétique à la pointe de la technologie. A la suite de l’évaluation de l’installation, Bauer s’aperçut que l’installation bénéficierait encore davantage de la spécification de moteurs PSMS fonctionnant à la même fréquence, à savoir 50 Hz. Les bénéfices des PMSM ne se limitaient pas à l’économie d’énergie, ils présentaient également l’avantage de pouvoir commander tous les motoréducteurs directement depuis un bureau par le biais du système ProfiNet Bus. Par ailleurs, grâce au système intelligent de service et de bus de données des variateurs, le personnel d’entretien est en mesure de contrôler le fonctionnement des moteurs et de se rendre compte immédiatement si une application ne fonctionne pas correctement.
La technologie PMSM à conformité IE3 consomme moins d’énergie et nécessite une puissance nominale inférieure à celle de moteurs à induction IE3 équivalents pour une charge de couple égale. Lorsque le système est utilisé en charge partielle, le moteur asynchrone présente un rendement fortement réduit par rapport à des PMSM dans les mêmes conditions d’utilisation. Plus précisément, Bauer a mesuré la puissance requise pour cette application, et a noté qu’elle est inférieure à la puissance effective du moteur en service, ce qui lui a permis de réduire la taille du moteur de 1,5 kW à 1,1 kW, tout en maintenant les mêmes performances. En outre, selon les mesures du client, après l’installation des moteurs dans les applications, la substitution des moteurs à induction par des PMSM fonctionnant à 50 Hz allait permettre d’économiser plus de 93,000 kW/h par an. En supposant un prix unitaire de l’énergie de 0,2 €/kW/h, une réduction de 93,000 kW/h correspond à plus de 18 600 € au cours d’une seule année.
Un moteur à fonction de variateur
Bauer a également proposé d’utiliser un moteur à fonction de variateur afin de réduire la fréquence de ligne sans influer sur le comportement de la miscibilité. Cette solution présente le résultat suivant : pour démarrer le procédé de mélange, une fréquence de 50-60Hz était requise. Lorsque les eaux usées se mettaient en mouvement et la boue était suspendue dans l’air, il était possible de réduire la vitesse à 34 Hz. Cette réduction de la vitesse, avec le même résultat de mélange et à parité de qualité de traitement, offrait une économie potentielle de plus de 260 000 kW/h en consommation d’énergie, soit 52 000 € en coûts d’énergie annuels.
Des variateurs individuels montés sur les moteurs
Afin d’assurer l’efficacité de la combinaison moteur et entraînement à vitesse variable, Bauer a préféré l’emploi de variateurs individuels montés directement sur les moteurs (motoréducteurs EtaK2.0) au raccordement en série de tous les variateurs. De cette façon, en cas de défaillance d’un appareil, les autres motoréducteurs ne seraient pas affectés, et resteraient en service, d’où minimisation des temps morts et des frais d’exploitation. De plus, l’EtaK2.0 offre également des capacités de communication et commande supplémentaires. Plus précisément, les variateurs incorporés émettent un flux de données constant à l’automate programmable (PLC) par le biais de la connexion Ethernet industrielle standard PROFINET. Ceci permet de contrôler chaque appareil à distance, sans devoir recourir à une inspection physique. De cette façon, l’installation de traitement des eaux usées pourrait bénéficier d’un réseau automatisé, et être prête pour la conformité aux normes 4.0 et à l’Internet des Objets Industriel.
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