Surpresseur KAESER chez BMI : embouteillage d’un produit laitier
Bayerische Milchindustrie eG Zapfendorf

De la crème fraîche...

et des surpresseurs KAESER !

Qu'est-ce que la crème a à voir avec l'air comprimé ? Nous vous expliquons le rapport dans cet article sur la coopérative laitière bavaroise BMI (Bayerische Milchindustrie eG). Il y est question d’eau propre, ou plus exactement du traitement des eaux dans une laiterie industrielle.

De l’eau propre : un enjeu à maîtriser avec des machines à la fois fiables, innovantes et plus faciles à utiliser. Et en respectant un autre critère important : la réduction des coûts. Tout cela est possible avec une station de surpresseurs à vis modernes.

La coopérative laitière BMI de Zapfendorf

La coopérative laitière Bayerische Milchindustrie eG (BMI) possède une longue tradition et une expérience internationale. Le plus gros établissement de BMI se trouve à Zapfendorf, dans le nord de la Bavière. À la production standard de poudre de lactosérum et de lait écrémé s'ajoutent de plus en plus de produits spéciaux. La laiterie fabrique des concentrés de protéines par des procédés d’ultrafiltration très modernes. Ces produits sont de plus en plus demandés dans le secteur alimentaire, la diététique, la nutrition infantile et l'alimentation naturelle. L'activité de BMI comprend la fabrication de lactose, de produits du lait et du lactosérum réengraissés, et le séchage de lactosérum partiellement délactosé. Le site de Zapfendorf possède également une unité moderne pour les produits frais comme le beurre, la crème fraîche, le fromage blanc et les produits à base de lait fermenté.

Augmentation de l’efficacité énergétique grâce aux surpresseurs à vis

En 2014, face à l'augmentation de la demande et donc de sa production, la coopérative a commencé à étudier une nouvelle installation d’épuration des eaux issues de la fabrication des produits laitiers. Le projet prévoyait quatre réacteurs biologiques séquentiels pour assurer de manière intermittente l’élimination de la charge de nutriments de ces eaux générées en quantités variables. Quatre surpresseurs devaient fournir l’air nécessaire aux microorganismes impliqués dans ce process.

Pour minimiser les coûts d'exploitation de son système de traitement des eaux, la coopérative prévoyait d’assurer la production d'air d’aération, grosse consommatrice d’énergie, non plus avec des surpresseurs à pistons rotatifs mais avec les nouveaux surpresseurs à vis qui venaient de faire leur apparition sur le marché. Les surpresseurs à vis sont en fait des compresseurs à vis sans huile optimisés pour la basse pression qui se distinguent par une efficacité nettement supérieure à partir d’une pression différentielle de 400 mbar. Ces machines ont un excellent rendement grâce à leurs rotors au profil hélicoïdal, tel que le profil SIGMA. Elles génèrent des gains énergétiques et par conséquent des économies considérables lorsque, comme chez BMI, la pression différentielle requise se situe entre 600 et 800 mbar et que les surpresseurs tournent pendant de nombreuses heures comme c’est le cas dans le traitement des eaux.

Les avant-projets de BMI prévoyaient des surpresseurs à vis de première génération. Ces machines conventionnelles se présentaient généralement sous forme de groupes moto-surpresseurs qu’il fallait faire équiper d'une armoire électrique et câbler par des prestataires externes. Mais la nouvelle génération de surpresseurs à vis, des centrales prêtes à être raccordées, entièrement équipées avec une commande et une armoire électrique, commençait à s'imposer et BMI se tourna rapidement vers cette solution.

Dans les coulisses de la production de la coopérative BMI de Zapfendorf
Prêt pour l'industrie 4.0

C’est parce que ces nouveaux surpresseurs à vis sont des centrales entièrement équipées qu’ils ont emporté la décision. Le site BMI-Zapfendorf a retenu le modèle FBS-M-SFC équipé d'un convertisseur de fréquence et d’une commande interne intelligente SIGMA CONTROL 2. Grâce à cette commande interne, les surpresseurs sont connectés par Profibus directement au poste de commande de l’exploitant qui peut visualiser les données de fonctionnement et d’état des centrales. Le poste de commande transmet aux surpresseurs les consignes de vitesse de rotation et donc de débit. Les surpresseurs sont commandés à distance par le système de bus.

Avec les commandes et leur équipement complet, ces machines sont également utilisables pour les applications qui se cachent derrière les notions d’Industrie 4.0 ou de traitement des eaux 4.0. Les mutations qui définissent cette 4e révolution industrielle touchent non seulement les usines de production mais aussi le traitement des eaux. Elles vont de pair avec l’extension du numérique et des réseaux, et s'appuient sur la communication de machine à machine, et entre la machine et un système de gestion des process. L'objectif est de pouvoir gérer la machine de manière plus flexible et d’assurer le diagnostic et le suivi de son état et de ses données d'exploitation en temps réel afin de garantir un fonctionnement optimal et de réaliser la maintenance prévisionnelle. Autrement dit, de nombreuses informations sur le fonctionnement et l'entretien du surpresseur peuvent être transmises dans un sens, et dans l’autre sens le surpresseur peut être commandé à distance, dans l'idéal avec un simple câble de bus de données.

 

L’offre de KAESER est convaincante :
une excellente efficacité avec des performances garanties et respectées, une centrale entièrement équipée avec armoire de commande, convertisseur de fréquence intégré, moteurs IE4, capteurs et connexion au système de commande par Profibus.
Björn Wittmann, Bayerische Milchindustrie eG, Zapfendorf
La centrale entièrement équipée assure la sécurité d’exploitation

La commande peut par exemple transmettre en temps réel la pression d'aspiration, la pression finale et la pression différentielle, la température d'aspiration, la température finale, la température d'huile et la température sous le capot d'insonorisation, la perte de charge du filtre d'aspiration et, si le surpresseur dispose d'un convertisseur de fréquence, la vitesse de rotation, la consommation du convertisseur et la tension du circuit intermédiaire. La commande surveille la température et la consommation électrique des moteurs, le niveau d'huile, la température des cartes électroniques et de nombreux autres paramètres.

Des seuils d'avertissement ou de défaut sont définis dans la commande pour chacun de ces paramètres, et ils peuvent également être enregistrés dans le système de gestion des process par un protocole de bus, pour faciliter la surveillance. Les surpresseurs possèdent également des compteurs d'heures de service pour la machine et pour ses composants comme le bloc surpresseur, le moteur, la commande, la partie puissance, les pièces d'entretien, etc. Des intervalles d'entretien sont définis pour les consommables comme le filtre d'aspiration, l'huile, la courroie trapézoïdale, etc. Ils déclenchent une signalisation lorsqu'ils arrivent à expiration. L'image du process comprend aussi des grandeurs d'état : machine à l'arrêt, prête à démarrer ou en marche, avertissement, présence d'un défaut, etc.

Du point de vue de l’exploitant, le choix de ces machines polyvalentes, prêtes à démarrer s’est imposé à l’issue d'une comparaison précise des travaux et des coûts de câblage nécessaires pour parvenir à des fonctionnalités comparables avec des composants individuels. Il était évident que l'équipement ne se limiterait pas aux surpresseurs, aux convertisseurs de fréquence et aux armoires électriques. Après l’examen détaillé des fonctionnalités de la machine et de la commande, d’autres composants ont été intégrés à la fourniture et leurs coûts pris en compte : des relais de commutation et des relais thermiques pour les moto-ventilateurs ou les pompes à huile et à vide, des transformateurs ou encore des appareils d'analyse pour les capteurs de température et de pression d’air, et de niveau et de pression d'huile. Les signaux des capteurs doivent être interprétés et enregistrés avec des seuils pour déclencher des actions par une logique câblée. Grâce aux interfaces clairement définies, la mise en service a été rapide et impeccable. L'ensemble de la centrale est documenté de manière exhaustive et certifié CE et CEM, conformément à la réglementation sur la sécurité dans les entreprises. Le fait que tout ait été prévu dans la fourniture a facilité la planification de l’investissement mais aussi le calcul comparatif des coûts énergétiques car les données de puissance de la machine prête à démarrer étaient transparentes et disponibles en amont.

En plus de la fiabilité de planification et de la sécurité juridique, la configuration étudiée assure la sécurité du process. Si la commande à distance devait connaître une défaillance, les surpresseurs peuvent très facilement passer en mode manuel, indépendamment du système de gestion du process, par simple sélection dans un menu du SIGMA CONTROL 2, sans modification du câblage ou du paramétrage (comme c’était autrefois le cas avec le raccordement à un convertisseur de fréquence externe). En cas de problème, et quand bien même elles seraient les derniers îlots encore opérationnels, ces centrales peuvent continuer d'alimenter en air les microorganismes des bassins d’aération pour les maintenir vivants.

La station de surpresseurs : quatre surpresseurs à vis FBS sont en service chez BMI à Zapfendorf
Conclusion

Les quatre surpresseurs à vis sont en exploitation depuis deux ans maintenant et le responsable du projet se félicite de la qualité du service tout autour de ces machines avec leurs convertisseurs de fréquence, leur commande interne et la liaison avec le poste de commande. Il souligne également que les performances réalisées par les surpresseurs à vis sont conformes aux performances annoncées et se situent effectivement dans la plage des valeurs garanties selon ISO 1217 annexe E. De ce fait, les gains énergétiques prévus sont effectivement au rendez-vous. D'après le responsable du projet, le fait que tout ait été prévu dans la fourniture a permis des économies importantes sur le montant de l’investissement.

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