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0/47 Projet de Fin d’Etudes FRECHARD Romuald | GCE 5 Etude : Modéliser les équi

0/47 Projet de Fin d’Etudes FRECHARD Romuald | GCE 5 Etude : Modéliser les équipements thermiques d’une usine agroalimentaire type. Mai 2013 Spécialité Génie Climatique et Energétique 5ème année de formation Projet de Fin d’Etudes SYNTHESE Etude : Modéliser les équipements thermiques usuels d’une usine agroalimentaire type Elève : Romuald Fréchard Tuteur : Flavien Verjat Tuteur institutionnel : Alain Triboix Entreprise : EcoGreenEnergy Dates du PFE : 28 janvier au 14 juin 2013 Mai 2013 1/47 Projet de Fin d’Etudes FRECHARD Romuald | GCE 5 Etude : Modéliser les équipements thermiques d’une usine agroalimentaire type. Mai 2013 Fiche d’objectifs Mission : EcoGreenEnergy est une entreprise innovante spécialisée dans le diagnostic énergétique, la conception et la mise en œuvre d’installations visant à réduire les consommations thermiques des procédés industriels. Dans le cadre d’une méthode de gestion de l’énergie responsable et en amélioration continue, EcoGreenEnergy souhaite proposer à ses clients un outil permettant de simuler différents scénarii de conduite de leur chaîne énergétique, en fonction de différents paramètres ajustables ou fatals, et d’en adopter le meilleur. La mission consiste à identifier les différents équipements énergétiques essentiels, de proposer une modélisation standardisée de leur fonctionnement afin de pouvoir les appliquer facilement pour toutes les usines. Ainsi par liaison de ces modèles d’équipements énergétiques, un modèle de résolution pourra être appliqué afin de simuler un régime de fonctionnement en fonction des paramètres du jour. L’étude pourra aboutir sur la recherche d’une méthode d’optimisation automatique de la gestion énergétique, et à son intégration logicielle. Objectifs :  Identifier les équipements thermiques usuels des industries types diagnostiquées par l’entreprise EcoGreenEnergy  Caractériser chacun de ces équipements : Technologies, Principes de fonctionnement, Formules régissant le fonctionnement, …  Modéliser chaque équipement sous Excel via macros, VBA, solveur, …  Créer une bibliothèque de modèles d’équipements thermiques usuels d’une usine agroalimentaire type  Pouvoir simuler un process industriel par liaisons entre les différents équipements, pour un régime de fonctionnement donné  Permettre à EcoGreenEnergy de composer le procédé industriel d’une usine cliente à l’aide de l’outil  Permettre au client de paramétrer au jour le jour la modélisation de son procédé industriel pour en déduire le pilotage de l’installation le plus efficient. 2/47 Projet de Fin d’Etudes FRECHARD Romuald | GCE 5 Etude : Modéliser les équipements thermiques d’une usine agroalimentaire type. Mai 2013 Remerciements  M. VERJAT Flavien : Ingénieur énergéticien et tuteur de ce projet  M. TRIBOIX Alain : Tuteur institutionnel de ce projet de fin d’études  M. RUMP Freddy : Directeur technique et directeur du secteur « Recherche et Développement »  Mlle AUBERT Amandine : Directrice générale  Toute l’équipe de la société EcoGreenEnergy 1/47 Projet de Fin d’Etudes FRECHARD Romuald | GCE 5 Etude : Modéliser les équipements thermiques d’une usine agroalimentaire type. Mai 2013 Résumé Sujet : Modéliser les équipements thermiques usuels d’une usine agroalimentaire type EcoGreenEnergy est une entreprise innovante spécialisée dans le diagnostic énergétique, la conception et la mise en œuvre d’installations visant à réduire les consommations thermiques des procédés industriels. Dans le cadre d’une méthode de gestion de l’énergie responsable et en amélioration continue, EcoGreenEnergy souhaite proposer à ses clients un outil permettant de simuler différents scénarii de conduite de leur chaîne énergétique, en fonction de différents paramètres ajustables ou fatals, et d’en adopter le meilleur. La mission consiste à identifier les différents équipements énergétiques essentiels, de proposer une modélisation standardisée de leur fonctionnement afin de pouvoir les appliquer facilement pour toutes les usines. Ainsi par liaison de ces modèles d’équipements énergétiques, un modèle de résolution pourra être appliqué afin de simuler un régime de fonctionnement en fonction des paramètres du jour. L’étude pourra aboutir sur la recherche d’une méthode d’optimisation automatique de la gestion énergétique, et à son intégration logicielle. Subject: Modeling common thermal equipment used in the food-processing industry EcoGreenEnergy is an innovative company performing energy diagnosis, elaborating and installing solutions reducing the energy consumptions of industrial processes In the spirit of a responsible use of energy in a continuous improvement, EcoGreenEnergy would like to propose to give their customers a software able to simulate different functioning scenarios of their energy chain, depending on variable inputs in order to optimize their process. This project consists in identifying common thermal equipment used in the food- processing industry and designing its functioning in order to be able to be used in every factory. Thus by linking these different computational models, a solving system will be applied to simulate a functioning process depending on the parameters of the day. This project could lead on a research about an automatic method of optimizing the use of energy and integrating it in the software. Mots clés : EcoGreenEnergy, modélisation, agroalimentaire, logiciel, thermique, énergie, VBA, équipement, chaudière, échangeur, turbine vapeur, pompe, ventilateur, tour de refroidissement, séchoir, colonne de distillation, concentrateur, dégazeur thermique Key words : EcoGreenEnergy, model, food- processing, software, heat, energy, VBA, equipment, boiler, heat exchanger, steam turbine, pump, fan, cooling tower, dryer, distillation column, concentrator, deaerator 2/47 Projet de Fin d’Etudes FRECHARD Romuald | GCE 5 Etude : Modéliser les équipements thermiques d’une usine agroalimentaire type. Mai 2013 Sommaire I - PRESENTATION DU PROJET ...................................................................................................................... 3 A ) CONTEXTE ..................................................................................................................................................... 3 B ) LES ETAPES DU PROJET ..................................................................................................................................... 3 C ) LE PLANNING .................................................................................................................................................. 4 II - LES EQUIPEMENTS SELECTIONNES ET LEUR MODELISATION .................................................................... 5 A ) PREMICES ...................................................................................................................................................... 5 B ) CARACTERISTIQUES DE L’AIR HUMIDE .................................................................................................................. 7 C ) LA POMPE ..................................................................................................................................................... 8 D ) LE VENTILATEUR ........................................................................................................................................... 11 E ) LA CHAUDIERE .............................................................................................................................................. 13 F ) L’ECHANGEUR DE CHALEUR ............................................................................................................................. 16 G ) LA TOUR AEROREFRIGERANTE : ........................................................................................................................ 21 H ) LA TURBINE VAPEUR ...................................................................................................................................... 24 I ) LE SECHOIR .................................................................................................................................................. 26 J ) LE CONCENTRATEUR ...................................................................................................................................... 29 K ) LE DEGAZEUR THERMIQUE............................................................................................................................... 32 L ) LA COLONNE DE DISTILLATION .......................................................................................................................... 35 III - LE LOGICIEL IEMT (INTERACTIVE ENERGY MAPPING TOOL) .................................................................... 41 IV - CONCLUSION .......................................................................................................................................... 42 V - BIBLIOGRAPHIE ...................................................................................................................................... 43 VI - SOMMAIRE DES FIGURES ....................................................................................................................... 45 VII - SOMMAIRE DES ANNEXES ...................................................................................................................... 46 3/47 Projet de Fin d’Etudes FRECHARD Romuald | GCE 5 Etude : Modéliser les équipements thermiques d’une usine agroalimentaire type. Mai 2013 I - Présentation du projet A ) Contexte EcoGreenEnergy est une entreprise spécialisée dans le diagnostic énergétique, la conception et la mise en œuvre d’installations visant à réduire les consommations en énergie thermique des procédés industriels. Ainsi, dans une constante amélioration des solutions qu’elle met en œuvre, EcoGreenEnergy développe un logiciel informatique capable de modéliser n’importe quelle chaîne énergétique pour ses usines auditées. Ce logiciel est baptisé IEMT (Interactive Energy Mapping Tool). Pour chaque usine auditée, l’équipe d’EcoGreenEnergy pourrait modéliser le process industriel via le logiciel IEMT et s’en servirait pour proposer des solutions d’économie d’énergie. Cette modélisation serait ensuite fournie au client afin qu’il y intègre au jour le jour les caractéristiques variables de son installation et qu’il en déduise ainsi le pilotage le plus efficient. Ce logiciel doit donc intégrer le prix des énergies afin que le client puisse piloter son installation de manière la plus économique possible. L’expérience d’EcoGreenEnergy montre que la plupart des entreprises pilotent leur installation « historiquement », c'est-à-dire avec des paramètres habituels qui assurent le bon fonctionnement mais pas ou peu optimisés énergétiquement. B ) Les étapes du projet Ses principaux clients étant des usines agroalimentaires, ce bureau d’étude retrouve toujours plus ou moins les mêmes équipements consommateurs d’énergie thermique lors de ses audits. Ainsi, la première étape de ce projet fut de repérer et lister ces équipements. Cependant chaque usine est différente des autres et intègre souvent des équipements propres à son procédé de fabrication que l’on ne retrouve pas dans d’autres usines. Il a donc fallu retenir les équipements les plus récurrents et jugés les plus importants par EcoGreenEnergy. La seconde étape a consisté en la recherche de fonctionnement de chaque équipement. Il a donc fallu rechercher pour chaque équipement les différentes technologies proposées sur le marché, ses caractéristiques techniques dont l’équipe d’EcoGreenEnergy disposera pour caractériser l’appareil qu’elle voudra modéliser, et surtout les équations régissant son fonctionnement. La troisième étape a porté sur la modélisation de chaque équipement. Pour se faire, c’est le logiciel Excel qui a été privilégié et la programmation sous Visual Basic for Applications (VBA), car ce dernier est aisément accessible pour un élève ingénieur, il permet l’utilisation de modules complémentaires tel que REFPROP et enfin il est compréhensible pour n’importe quel ingénieur, ce qui est pratique pour l’équipe d’EcoGreenEnergy. Ainsi, pour chaque équipement, un fichier Excel a été créé afin de modéliser son fonctionnement. La base de calcul ainsi crée en code VBA pourra être traduite par un informaticien pour son intégration logicielle. Une piste possible serait d’utiliser le logiciel Microsoft Visio qui s’appuie également sur un langage VBA et qui est à la base un logiciel dédié à l’élaboration de schémas professionnels. L’idée serait donc d’utiliser ce logiciel pour créer le schéma de la chaîne 4/47 Projet de Fin d’Etudes FRECHARD Romuald | GCE 5 Etude : Modéliser les équipements thermiques d’une usine agroalimentaire uploads/Management/ pfe-pdf.pdf