Moteurs et systèmes d’entraînement : comment réduire les frais d’exploitation ?

On estime que, dans le secteur de l’eau, l’énergie nécessaire pour l’entraînement d’un moteur électrique peut atteindre 90% de la consommation d’électricité industrielle totale, d’où la priorité absolue accordée à l’efficacité nécessaire pour assurer le maintien d’une gestion efficace des frais d’énergie en augmentation. Toutefois, le traitement de l’eau étant un procédé qui se déroule véritablement 24 heures sur 24, la fiabilité dans un environnement aussi rigoureux est, lui aussi, un facteur clé.

Le maintien des normes

Un grand nombre de marchés définissent, pour les équipements et les procédés utilisés dans le secteur du traitement de l’eau, des normes minimales qui doivent être appliquées afin de minimiser les interruptions du service. Au Royaume-Uni, un ensemble spécifique de normes, désigné par l’acronyme WIMES (spécification mécanique et électrique pour le secteur de l’eau), stipule les spécifications minimales sur le plan du rendement et de la structure des moteurs électriques et de leurs commandes. Les spécifications ont été définies à l’issue de consultations entre les compagnies des eaux du Royaume-Uni, les constructeurs et les fournisseurs ; elles sont mises à jour à des échéances régulières, conformément aux améliorations conceptuelles apportées et aux pratiques professionnelles optimales.

Comme dans toutes les applications comportant l’emploi de moteurs au fonctionnement continu, toute amélioration du rendement énergétique a une incidence considérable sur la réduction des frais d’exploitation. Au cours des dernières années, on a mis principalement l’accent sur les perfectionnements apportés au niveau du rendement des moteurs électriques, compte tenu, en partie, des nouvelles réglementations ciblant aussi bien les constructeurs que les clients.

L’introduction de la réglementation IE3, et l’arrivée attendue de l’IE4, est une opportunité, pour le secteur de l’eau, d’adopter les toutes dernières réalisations dans la technologie des moteurs électriques, et de reconnaître les économies réalisables. Les constructeurs ont conçu de nouveaux modèles afin de réaliser des économies importantes sur le plan des frais d’exploitation.

La législation relative à la réglementation IE3 est entrée en vigueur en janvier 2015 pour des moteurs de plus de 7,5 kW : d’ores et déjà, certains constructeurs, y compris Bauer, proposent un produit au rendement Super Premium, même pour des applications dans des atmosphères potentiellement explosives. Toutefois certains utilisateurs hésitent à investir dans un rendement de niveau supérieur, en raison de la différence de prix entre les modèles traditionnels, et, par exemple, les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM). On peut répondre à ces préoccupations en soulignant l’importance des économies réalisables, compte tenu du rendement des investissements (ROI), et en assortissant correctement tout moteur nouveau avec l’application à laquelle il est destiné.

Les moteurs PMSM apportent une forte amélioration par rapport aux moteurs à induction, notamment lorsqu’ils sont soumis à des charges partielles, avec des économies d’énergie confirmées de plus de 30%. Ils offrent, en outre, une densité de puissance considérablement plus élevée, qui se traduit, pour les motoréducteurs, par un rendement supérieur du système moyennant un volume d’installation minimum.

De nouvelles améliorations

Pour ce qui est du rendement général d’un système d’entraînement à moteur électrique, force est d’examiner également le système mécanique, qui présente un potentiel d’optimisation considérable. Avec les modèles à motoréducteur intégré, l’emploi d’un accouplement et d’un roulement n’est plus nécessaire, ce qui permet d’obtenir une transmission au rendement pratiquement parfait. De même, on envisagera la substitution des engrenages à vis sans fin par des roues coniques hélicoïdales, celles-ci étant plus efficaces, et apportant, dans la plupart des cas, une augmentation de la durée de vie utile.

Un rendement mécanique renforcé est très souvent bénéfique pour les systèmes d’entraînement pour bassins de décantation, lits filtrants et épaississeurs, et les frais d’investissement initiaux s’amortissent rapidement, grâce à une forte réduction du coût total de possession. Par le biais d’une collaboration étroite avec des constructeurs, il est possible, à partir d’une gamme de produits modulaire, de développer de nouveaux systèmes d’entraînement répondant de façon précise aux exigences précises de chaque application : le moteur électrique apporte ainsi une fiabilité à long terme, avec un rendement maximum et une réduction des frais d’exploitation.

De nouveaux perfectionnements peuvent être réalisés en ciblant l’accouplement d’entraînement, lien essentiel entre le moteur électrique et l’arbre de transmission, pouvant influer de façon significative sur le rendement de l’équipement. Les accouplements sont étudiés pour tenir compte de tout désalignement de l’arbre, qui pourrait se présenter lorsqu’un des arbres reliés est positionné par un accouplement à auto-alignement, ou un arbre intermédiaire non supporté est placé entre le pignon menant et la charge.

Parmi les accouplements capables de surmonter un désalignement angulaire réel, indiquons le joint universel unique, en mesure de venir à bout de désalignements et charges torsionnelles de grande envergure. En fonction de l’application, des exigences d’entretien, et des spécifications du couple, on doit étudier avec le plus grand soin le type d’accouplement, afin de fiabiliser les performances et de simplifier l’entretien. Toute erreur dans la spécification d’un accouplement est susceptible d’entraîner l’inefficacité de la transmission et d’accroître les coûts d’entretien.

Augmentation du rendement

Le rendement élevé en exploitation influe considérablement sur les frais d’exploitation, un moteur asynchrone IE2 consommant, en moyenne, au cours de sa vie utile, 100 fois son prix d’achat en coûts d’électricité. L’examen de l’inefficacité mécanique et la réalisation de perfectionnements significatifs à ce niveau peuvent se traduire par une réduction de la consommation d’électricité globale du moteur électrique. L’installation d’un moteur plus petit, relié à un entraînement mécanique plus efficace, donne lieu dans l’ensemble à une réduction de la consommation énergétique et une augmentation de la fiabilité, grâce à l’emploi de composants assortis.

Lors de la spécification de systèmes d’entraînement destinés à des applications en milieu sévère, il est important de s’adresser à un prestataire de solutions possédant l’expérience nécessaire pour comprendre les implications de chaque scénario.

Le groupe Altra Industrial Motion travaille aux côtés de constructeurs d’équipements pour eaux usées et d’installations de traitement du monde entier, qu’il assiste afin d’assurer l’augmentation de leur rendement et la réduction de leurs frais et des temps morts. Les entreprises du groupe, entre autres Bauer Gear Motor, TB Wood’s, Bibby Turboflex, et Boston Gear, apportent des solutions intégrales pour des transmissions destinées au secteur des eaux usées, en proposant une gamme intégrale d’accouplements, motoréducteurs, engrenages réducteurs, limiteurs de couple et transmissions par courroies.