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L’utilisation de systèmes d’automatisation permet de relever ces nouveaux défis avec efficacité en optimisant le fonctionnement des pompes et des procédés. Mais, que réserve l’avenir à l’un des produits phares de l’automatisation, le variateur de fréquence ?

Mitsubishi Electric a récemment lancé la série des FR-F800, variateurs de fréquence intelligents, se positionnant comme la solution d’avenir pour le contrôle de vitesse des pompes et ventilateurs, en réponse notamment aux exigences du traitement de l’eau.

La technologie des variateurs de fréquence de nouvelle génération est la clé du succès. Le variateur du futur est désormais une réalité. Grâce à une communication sans fil, l’opérateur peut visualiser les variateurs au sein du système, les programmer et les contrôler en toute sécurité à l’aide d’un appareil portable. Les variateurs FR-F800 peuvent résoudre eux-mêmes des problèmes, agissant avec une efficacité considérablement accrue, quelles que soient les vitesses et charges. Ils peuvent également réduire les coûts de maintenance et autres, tout en étant plus faciles à mettre en œuvre, car ils s’auto-étalonnent.

Les évolutions technologiques de ces matériels accompagnent l’industrie de l’eau dont les équipements doivent fonctionner pendant 25 ans, voire un siècle ou plus encore.

Les générations passées avaient probablement tendance à considérer l’eau comme une ressource inépuisable et la structure de l’industrie reposait sur des réseaux de distribution souvent anciens et inefficaces. Aujourd’hui, les impératifs et les mentalités ont changé. De nouveaux investissements se multiplient et la prise de conscience que l’eau est une des ressources les plus importantes sur Terre, mais aussi très coûteuse à traiter, fait de l’amélioration de l’efficacité et de l’optimisation de la gestion de l’eau des objectifs majeurs pour le secteur.

Parallèlement, l’urbanisation galopante accroît la nécessité d’alimenter les agglomérations en eau potable, d’en assurer l’assainissement et de traiter les eaux usées. La consommation d’eau par personne augmente aussi, tant dans le monde industrialisé que dans les pays en développement. Et selon les climatologues, le temps et les régimes de précipitations deviendront de plus en plus instables au cours des prochaines décennies.

Face à ces besoins et pour répondre aux objectifs d’amélioration du niveau de vie, il importe de réduire les pertes d’eau pendant son adduction de la source au point de consommation et d’en rendre le pompage moins énergivore et plus économique. Il convient aussi de mettre au point de nouvelles méthodes de traitement des eaux usées consommant moins d’eau fraîche, si possible en recyclant les eaux usées pour produire de l’énergie localement.

Sans surprise, la technologie des variateurs de fréquence semble déterminante pour relever ces défis. Développés à l’origine pour améliorer le contrôle des procédés industriels, les variateurs permettent également de réduire considérablement la consommation d’énergie des moteurs électriques, deux atouts évidents pour l’industrie de l’eau.

Les pompes contrôlées par des variateurs peuvent être utilisées pour adapter l’offre à la demande sur l’ensemble du réseau de distribution, en fonction des pointes ou des baisses de consommation. Réduire la pression sur le réseau, de nuit par exemple, a l’effet très bénéfique de limiter les fuites. Parallèlement, les procédés tels que l’aération, le dosage des traitements chimiques et la gestion des eaux usées peuvent être contrôlés de manière plus précise à l’aide de variateurs sur différents moteurs et pompes.

Pendant des siècles, l’industrie de l’eau a utilisé des vannes pour réduire le débit en période de demande moins forte. Mais, les pompes continuaient de tourner à plein régime, consommant beaucoup d’énergie. De plus, leurs moteurs étaient souvent surdimensionnés pour leur mission, gardant toujours des réserves de puissance et consommant constamment trop d’énergie. La réponse moderne consiste à ajouter un variateur pour contrôler les moteurs, ce qui permet de réduire la vitesse des pompes en temps opportun et d’économiser l’énergie. À l’inverse, le variateur peut également être employé pour augmenter ponctuellement la puissance des moteurs en cas de besoin.

L’un des grands avantages des variateurs FR-F800 est de réduire le rythme d’usure des équipements en les faisant tourner en dessous de leur régime maximal quand celui-ci n’est pas nécessaire. Cela se solde par une diminution des besoins d’interventions et de maintenance ce qui, dans le cas de stations de pompage éloignées et difficiles d’accès, se traduit par des économies considérables, ne serait-ce que sur le plan de la logistique.

De plus, idéalement, le variateur doit être en mesure d’exécuter des contrôles automatiques d’autodiagnostic et d’en transmettre les résultats sans liaison filaire à une salle de contrôle technique pour éviter les déplacements d’ingénieurs sur le terrain pour des opérations de routine.

L’intelligence électronique des variateurs FR-F800 peut aussi servir pour résoudre des problèmes particuliers à l’industrie de l’eau, comme le contrôle de la rupture du service. Les coups de bélier sont provoqués par une coupure soudaine dans le réseau de distribution, due à la fermeture d’une vanne, un impact d’origine extérieure, une augmentation ou diminution de la demande ou une mise en marche brusque d’une pompe. L’onde de choc peut se répercuter à répétition dans l’ensemble des canalisations, rebondissant sur des surfaces dures, et même s’autoalimenter. Cela peut entraîner des fuites temporaires ou permanentes et même des ruptures catastrophiques de tuyaux.

C’est pourquoi le secteur de l’eau apprécie les variateurs de vitesse qui permettent de faire démarrer les pompes et d’autres équipements graduellement et ont la capacité de reconnaître les fluctuations répétées de pression dues aux coups de bélier et de les atténuer. Non seulement réduisent-ils les besoins de maintenance et de réparation, mais encore allongent-ils la durée de vie des moteurs en minimisant les tensions indues dans le circuit électrique.

Les grands variateurs de fréquence employés dans le secteur de l’eau avaient la réputation de causer des perturbations harmoniques dans l’alimentation électrique et d’affecter la qualité de la source d’énergie. Cet effet risquait de détériorer le matériel électrique et son environnement immédiat, à la fois dans et autour du réseau d’adduction d’eau. Mais la plus récente génération de variateurs FR-F800 a résolu ce problème en intégrant une technologie à filtre actif qui réduit normalement le taux de distorsion harmonique à moins de 0,5% (THDi).

Heureusement, Mitsubishi Electric a réussi à résoudre ce problème en mettant au point des variateurs de fréquence utilisant du matériel standard auquel ont été ajoutés des logiciels répondant aux caractéristiques et fonctionnalités spécifiques des applications concernées. Un variateur pour une pompe, par exemple, est ajusté pour répondre aux exigences de contrôle du couple de la pompe. Le FR-F800 peut aussi être configuré pour des installations à pompe unique ou à pompes multiples et comprendre des fonctions exclusives telles que le contrôle automatique du niveau ou de la pression, le démarrage progressif et des algorithmes de nettoyage des rotors.

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