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Les indicateurs clés de performance des systèmes d'air comprimé permettent de suivre et d'améliorer les performances de votre système.
Par Pascal van Putten, PDG, VPInstruments.
On sait qu'environ 15 % de l'énergie électrique absorbée par les compresseurs d'air est convertie en air comprimé. Les 85 % restants sont perdus sous forme de chaleur. Malgré cette faible efficacité, l'air comprimé reste un service très populaire dans de nombreuses industries. Les utilisateurs de systèmes d'air comprimé doivent relever le défi d'obtenir la meilleure efficacité possible et de réduire autant que possible les coûts associés (énergie, maintenance). Par conséquent, le suivi d'un ensemble approprié d'indicateurs clés de performance est aujourd'hui indispensable pour tout gestionnaire d'énergie ou propriétaire d'usine. Dans cet article, nous clarifions la façon dont les principaux KPI peuvent être contrôlés, et nous examinerons de plus près quelques KPI clés : l'efficacité, la perte de pression et les fuites.
Les indicateurs clés de performance (ICP) sont des variables ou des mesures permettant de mesurer et d'analyser de manière ciblée les performances des organisations, des machines et/ou des processus. Par exemple, un KPI peut être un certain nombre de production par unité de temps, mais aussi le montant des bénéfices réalisés par une entreprise sur un produit spécifique.
Un tableau de bord KPI est comme un cockpit simplifié pour le pilote d'un avion. Il fournit les bonnes informations en temps voulu, sur lesquelles vous pouvez vous appuyer pour prendre des décisions. Par exemple : si l'efficacité globale du système est en baisse, vous pouvez examiner de plus près les paramètres de votre contrôleur principal. Si la consommation est nettement supérieure à la normale ou si vous constatez un événement de pression, vous devez examiner vos lignes de production ou parler aux opérateurs de l'usine. Si le point de rosée n'est pas atteint, réparez/entretenez le sécheur ou vérifiez s'il est correctement dimensionné. Pour chaque problème, il existe de nombreuses solutions et les indicateurs clés de performance vous diront rapidement si la solution mise en œuvre était la bonne. De plus, les KPI peuvent être utilisés pour calculer le retour sur investissement d'un futur investissement. De cette façon, ils vous aideront à prévoir vos futurs coûts énergétiques liés à l'air comprimé.
Pour les systèmes d'air comprimé, certains indicateurs clés de performance sont importants :
- Efficacité
- Point de rosée
- Taux de fuite
- Perte de pression
- Coût par produit/partie produit
La puissance spécifique (rendement), le taux de fuite et la perte de pression constituent un bon point de départ pour tout système d'air comprimé. Cet article va donc s'intéresser de plus près à ces trois indicateurs clés de performance : Ce qui les influence, comment vous pouvez les mesurer et comment les interpréter.
KPI : Puissance/efficacité spécifique des compresseurs
La puissance spécifique d'un compresseur d'air est le rapport entre le débit du compresseur (la quantité d'air comprimé produite) et la consommation électrique du compresseur. Ainsi, le KPI est calculé par la puissance d'entrée divisée par le débit de sortie, exprimé en kW/100 cfm ou kW/m3/min.
La puissance spécifique est importante dans les situations suivantes :
- Gestion des actifs : lorsque l'efficacité commence à s'écarter de la situation initiale, cela peut être considéré comme un signe d'alerte précoce (par exemple, la nécessité de changer le filtre d'une machine centrifuge ou la défaillance interne des échangeurs de chaleur).
- De l'air par-dessus la clôture : Dans ces contrats, l'efficacité est un élément important de l'accord. Le compresseur doit fournir une quantité X d'air prédéterminée pour une quantité Y d'énergie électrique.
- Conformité : Le contrôle permanent devient de plus en plus important dans le monde entier pour atteindre les objectifs environnementaux et de réduction du CO2. Dans ce contexte, les gouvernements jouent également un rôle crucial avec des législations telles que le Titre 24 en Californie et la directive sur l'efficacité énergétique en Europe.
- Essais d'acceptation : lorsqu'on teste un compresseur en laboratoire (ISO1217).
- Optimisation du système de contrôle : L'efficacité d'un ensemble donné de compresseurs contrôlés par un contrôleur principal, doit correspondre à la moyenne des références industrielles.
Efficacité totale de la station de compression par rapport aux machines individuelles
Lorsque le budget consacré à l'instrumentation est limité, vous pouvez utiliser un seul flowmeter pour surveiller tous les compresseurs. Cela implique de mesurer la consommation d'énergie par compresseur et de mesurer le débit sur la canalisation principale, c'est-à-dire après les sécheurs et le réservoir tampon. L'avantage de placer le flowmeter sur la conduite principale est que la consommation réelle d'air comprimé de l'usine est également surveillée. Ces informations peuvent être utilisées pour déterminer les fuites et pour créer une "empreinte digitale" de la demande d'air à l'aide d'une fonction histogramme.
Dans ce scénario, il est important de calculer la consommation moyenne sur une durée suffisante, et de la diviser par la consommation électrique moyenne, car le chargement/déchargement entraînera des fluctuations de l'indicateur. Les plateformes modernes de gestion de l'énergie peuvent affiner ce calcul en divisant la consommation d'énergie " en charge " et " en décharge " par le débit de manière appropriée. Nous recommandons de tracer l'efficacité en fonction de la demande d'air, pour voir si votre système fonctionne de manière optimale.
Pour obtenir une vision plus granulaire nécessaire à l'optimisation des contrôles des compresseurs, le débit doit être mesuré par compresseur. Accordez une attention particulière à la sélection et à l'installation de flowmeter en raison des conditions difficiles dans la conduite de refoulement du compresseur.
Selon les objectifs, on peut surveiller l'efficacité de l'ensemble de la salle des compresseurs d'air, y compris les équipements de traitement de l'air, ou l'efficacité de chaque compresseur individuel.
Incertitude totale de mesure. Propagation des erreurs. Sujet ennuyeux ?
Incertitude totale de mesure. Propagation des erreurs. Pour beaucoup d'entre nous, ce sont des sujets que nous laissons aux mathématiciens. Pourtant, ils sont d'une extrême importance lorsqu'on examine des données de mesure. En particulier lorsqu'il s'agit de décisions d'investissement importantes pour les compresseurs d'air, ce sujet ne doit pas être sous-estimé et il faut être très prudent lors de la comparaison des chiffres d'efficacité.
Par conséquent, lors du contrôle de l'efficacité, il est important de déterminer le niveau de précision acceptable. Le niveau de précision requis dépend de l'application et de la taille de l'installation. Le schéma ci-dessous montre une carte relationnelle (simplifiée) entre tous les paramètres impliqués, juste pour donner une idée de la complexité de la mesure du rendement des compresseurs volumétriques (c'est-à-dire à piston, à vis, à spirale). Dans la directive ISO1217, on peut en savoir plus sur ce sujet et trouver d'autres directives qui vous indiquent comment interpréter les résultats, les intervalles de confiance, le type de débitmètres à utiliser, etc.
L'incertitude de mesure totale de toute mesure est définie comme la variation statistique d'une quantité mesurée. Pour plus d'informations sur ce sujet, nous vous renvoyons au "GUM" (Evaluation des données de mesure - guide pour l'expression de l'incertitude de mesure, 2008).
Figure 1. Diagramme de flux relationnel montrant comment mesurer le rendement d'un compresseur volumétrique. Le diagramme montre tous les paramètres impliqués et leur influence sur l'efficacité mesurée.
Erreurs systématiques et comment elles se propagent
Chaque signal mesuré a sa propre incertitude. Or, quel est l'effet d'une erreur systématique sur le rendement mesuré ? Prenons un exemple simple. Nous voulons vérifier le rendement d'une machine de 44 kW, fonctionnant à pleine charge. Nous avons utilisé un wattmètre (lecture de ± 1%), et un flowmeter (lecture de ± 5%). Quelle est l'erreur maximale sur le rendement ?
|
|
Lecture maximale |
Lecture nominale |
Lecture minimale |
Unité |
| Débit |
262.5 |
250 |
237.5 |
SCFM |
| Puissance |
43.6 |
44 |
44.4 |
kW |
| Efficacité |
16.6 |
17.6 |
18.7 |
kW/100SCFM |
| Erreur |
-6% |
|
6% |
Comme le montre le tableau, en poussant les erreurs systématiques à l'extrême, le rendement observé peut être de 16,6, 17,6 ou 18,7 kW/ 100 SCFM. Cela représente +/- 6 %. Supposons maintenant que le fabricant de compresseurs ait testé le compresseur de 250 CFM, l'écart admissible du rendement est également de 6 % (voir la fiche CAGI). Dans le pire des cas, vous auriez pu acheter un compresseur qui a un écart de -6% sur le débit de sortie. Lorsque vous mesurez cela avec une sonde d'insertion (+/-5%), vous devez faire attention à ne pas sauter à la conclusion que le compresseur est mauvais, ou que le flowmeter est bon et vice versa.
Quel est l'effet d'un chiffre d'efficacité erroné sur les coûts annuels perçus ? Dans cet exemple, pour un coût de 0,06 $/kWh et 8760 heures de fonctionnement annuel, la "tolérance monétaire" est de +/- 1400 USD par an pour ce compresseur. Cela peut avoir un impact sur votre prise de décision : Toute décision (majeure) basée sur moins de +/- 1400 USD d'économies d'énergie pourrait être basée sur des erreurs systématiques, et donc être une "mauvaise" décision. S'il s'agissait de l'altimètre d'un avion, et que vous étiez le pilote de cet avion... que feriez-vous lorsque l'altimètre est précis à +/- 140 pieds ? Vous voudriez probablement rester à 280 pieds minimum (2 x l'erreur). Et cela s'applique également à la prise de décisions pour ce compresseur ; si les coûts prévus en raison d'une mauvaise efficacité dépassent 2800 USD/an, il est temps de faire quelque chose.
Continuez à lire les 3 autres KPIs dans l'article original sur Compressed Air Best Practice.
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