Lu pour vous : La puissance nominale et le facteur de service : une réalité déformée

Lu pour vous : La puissance nominale et le facteur de service : une réalité déformée

Lors de la sélection des pompes à vide, les concepteurs d'installations cherchent souvent à obtenir la puissance nominale la plus faible possible pour les moteurs d'entraînement. Ils y voient un moyen d'économiser de l'énergie. Mais lorsqu'il s'agit d'efficacité énergétique réelle, l'indication des kilowatts sur la plaque signalétique peut être trompeuse. En effet, la consommation énergétique réelle ne se reflète que partiellement dans la puissance nominale du moteur. Le « facteur de service » indiqué sur certaines plaques signalétiques, porte à confusion, et place la puissance nominale réelle dans un contexte différent. Sa signification est souvent incomprise. Seules des analyses systématiques permettent d'obtenir la meilleure efficacité énergétique possible.

Les principaux critères de sélection d'une pompe à vide, sont la pression finale et la vitesse de pompage. Ces facteurs déterminent le niveau de vide qui sera atteint durant une période déterminée, ou quelles « performances de vide » seront disponibles pour l'application. Des performances comparables peuvent être atteintes avec des pompes à vide, dont les principes de fonctionnement sont très différents. Dans le processus, la vitesse peut également varier considérablement. La vitesse du moteur en est un parfait exemple : une pompe à vide à palettes, qui est actuellement la technologie de vide la plus courante, utilise 1 000 tr/mn pour obtenir une performance de vide similaire à une pompe à vide à vis lubrifiée par huile qui utilisera jusqu'à 7 000 tr/mn.

Puissance nominale ≠ consommation énergétique
La plaque signalétique permet de remarquer une autre différence : par exemple, une pompe à vide à vis peut indiquer une puissance nominale électrique inférieure à celle d'une pompe à vide à palettes. Lors de la sélection des appareils, une erreur fréquente consiste à déduire la consommation électrique à partir de la puissance nominale. Cependant, le moteur ayant le plus petit nombre devant la spécification kW ne signifie en aucun cas qu'il consomme nécessairement moins d'électricité que l'entraînement plus « puissant ». Dans la pratique, c'est souvent l'inverse qui s'avère exact. Sur les plaques signalétiques américaines, la puissance nominale réelle est également masquée par le « facteur de service ». Cette approche ciblée sur la puissance nominale, obscurcit l'efficacité de la pompe à vide et du moteur.

La relation entre la consommation électrique et la performance fournie (puissance de l'arbre), n'est pas linéaire pour les moteurs électriques. Ils atteignent généralement des performances optimales entre 50 et 100 % de leur puissance nominale. En général, vous pouvez supposer que la performance idéale, ou le meilleur niveau d'efficacité, est atteint dans une plage plus ou moins large, autour de 75 % de la puissance nominale. En deçà de cette plage, le moteur consomme plus d'électricité qu'il ne fournit de performances, et la consommation électrique relative augmente.

Un « facteur de service » trompeur
Cela s'applique également lorsque la plage optimale est dépassée, ce qui permet de dépasser 100 % de la puissance nominale. C'est ici que le facteur de service (FS) entre en jeu. Il est défini comme une norme par l'association américaine NEMA (National Electrical Manufacturers Association) dans le manuel NEMA MG1-2011. Le facteur de service est indiqué sur la plaque signalétique (fig. 1). Il indique le degré de charge possible pour un moteur au-delà de la puissance nominale. Pour calculer le degré de surcharge admissible, la puissance nominale est multipliée par la valeur FS. Par exemple, si une puissance nominale de 15 kW est indiquée avec un facteur de service de 1,25 ; la puissance nominale maximale admissible est de 15 x 1,25 = 18,75 kW. C'est donc 25 % plus élevé qu'il n'y paraît à première vue.
 

 

Fig. 1 : la plaque signalétique indique un facteur de service de 1,25. Ainsi, la puissance nominale peut être temporairement dépassée de 25 %.

Bien que NEMA souligne que la plage du FS ne doit être utilisée que temporairement, en pratique, elle est souvent incluse dans les calculs de fonctionnement normal pour la génération de vide. En effet, le démarrage rapide de la pompe à vide à partir du mode veille ou de courts pics charges, même s'ils sont atteints régulièrement en cycles rapides, peuvent être enregistrés comme surcharges « temporaires ». La puissance nominale relativement faible sans le facteur de service calculé, suggère une faible consommation d'énergie. Mais la performance réelle utilisée n'est pas seulement plus élevée, dans la plage du FS, le moteur fonctionne généralement bien au-delà de son efficacité optimale. Une surcharge régulière peut aussi raccourcir sa durée de vie.

Test de la consommation énergétique réelle
Pour pouvoir réellement comparer l'efficacité énergétique de différentes pompes à vide, la consommation électrique et les performances doivent être mesurées concrêtement. Le fabricant de pompes à vide, Busch, a fait la comparaison entre une pompe à vide à vis lubrifiée par huile équipée d'un variateur de vitesse d'un autre fabricant, dont la puissance nominale indiquée est de 15 kW et ayant un facteur de service de 1,25 avec une pompe à vide à palettes lubrifiées de sa propre gamme dont la puissance nominale indiquée sur la plaque signalétique est de 18,5 kW. Le résultat du test a montré que la consommation électrique du moteur « moins puissant », selon la puissance nominale, était presque deux fois plus élevée que celle du second modèle de la comparaison, dans la plage de charge principale. La pompe à vide à palettes, fonctionnant à une vitesse inférieure, a atteint une efficacité énergétique nettement supérieure malgré son moteur plus « puissant » (fig. 2).


Fig. 2 : comparaison pratique entre une pompe à vide à vis lubrifiée par huile équipée d'un variateur de vitesse et ayant une puissance nominale de 15 kW avec un FS de 1,25 et une pompe à vide à palettes d'une puissance nominale de 18,5 kW : dans la plage de fonctionnement la plus importante autour de 10 mbar, le moteur de la pompe avec la puissance nominale la plus faible, consomme plus d'électricité que le moteur « plus puissant » de la pompe à vide à palettes.

Conclusion
L'efficacité globale d'une alimentation en vide nécessite un examen plus complexe qu'une simple comparaison de la consommation d'énergie. Outre la pression finale et la vitesse de pompage d'une pompe ou d'un système de vide, le principe de fonctionnement, qu'il s'agissent de lubrification à l'huile ou de compression à sec, doit être évalué en profondeur, et sa compatibilité avec le procédé doit être vérifiée. Mais l'emplacement de l'installation, le contrôle ou la connexion entre le procédé et la génération de vide, peuvent être également des paramètres qui influencent l'efficacité énergétique et l'efficacité économique d'une alimentation en vide. Dans de nombreux cas, un spécialiste du vide est nécessaire pour choisir la bonne pompe et la conception adéquate. Toutefois, dans ce processus, l'accent devrait toujours être mis sur l'examen critique de la consommation énergétique réelle.

Source : klartext: von pekker!


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