BA01412R/14/FR/01.15 Products Solutions Services Version de firmware ENU000A, V02.00.xx Instructions complémentaires Memograph M, RSG45 Enregistreur graphique évolué Option Énergie Calcul de la masse et de l'énergie dans les applications sur eau et vapeur Advanced Data Manager 2 Advanced Data Manager Sommaire 1 Description générale du fonctionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 Description des applications. . . . . . . . . . 5 2.1 2.2 2.3 Applications sur eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Applications sur l'eau/le glycol . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Applications sur vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3 Configuration des applications . . . . . . 10 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Directives générales de programmation . . . . . . Sélectionner les unités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exemples pour la mesure de l'énergie dans l'eau et dans la vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . Équilibrage (liens entre les applications) . . . . . . Mode défaut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Caractéristiques techniques . . . . . . . . . 22 10 10 11 18 21 3 Description générale du fonctionnement 1 Advanced Data Manager Description générale du fonctionnement REMARQUE Ce manuel fournit une description supplémentaire d'une option logicielle spécifique. Ce manuel supplémentaire ne remplace pas le manuel de mise en service correspondant ! Des informations détaillées peuvent être trouvées dans le manuel de mise en service et dans la documentation complémentaire. Disponible pour toutes les versions d'appareil via : • Internet : www.fr.endress.com/deviceviewer • Smartphone / tablette : Endress+Hauser Operations App Le pack énergie offre 4 options de calcul pour les applications sur eau et vapeur en utilisant les variables d'entrée débit, pression, température (ou différentiel de température) : • Calcul de l'énergie • Calcul de la masse • Calcul de la densité • Calcul de l'enthalpie En outre, il est également possible de calculer l'énergie à l'aide de fluides frigorigènes à base de glycol. De plus, la densité du fluide enregistré peut être calculée en fonction des conditions de process respectives. Par ailleurs, il est possible de calculer la masse en mesurant le débit à l'aide de la méthode de pression différentielle (calcul du débit DP) pour l'eau, la vapeur, les liquides et les gaz. En équilibrant les résultats les uns par rapport aux autres ou en liant les résultats à d'autres variables d'entrée (p. ex. débit de gaz, énergie électrique), les utilisateurs peuvent effectuer des bilans globaux, calculer les niveaux de rendement, etc. Ces valeurs sont des indicateurs importants pour la qualité du process et servent de base à l'optimisation du process, de la maintenance, etc. La norme internationale reconnue IAPWS-IF 97 est utilisée pour calculer les variables d'état thermodynamiques de l'eau et de la vapeur. 4 Advanced Data Manager Description des applications 2 Description des applications 2.1 Applications sur eau 2.1.1 Quantité de chaleur dans l'eau Calcul de la quantité de chaleur (enthalpie) dans un flux d'eau. Exemple : Détermination de la chaleur résiduelle dans la conduite de retour d'un échangeur de chaleur. Variables d'entrée : volume de service et température La pression moyenne est calculée automatiquement sur la base de la température mesurée. a0009703 E: q: : T: h: Enthalpie (quantité de chaleur) Volume de service Densité Température de service Enthalpie spécifique de l'eau (par rapport à 0 °C) 5 Description des applications Advanced Data Manager 2.1.2 Différence de chaleur dans l'eau Calcul de la quantité de chaleur dégagée ou absorbée par un flux d'eau dans un échangeur de chaleur. Application typique pour la mesure d'énergie dans les circuits de chauffage et de refroidissement. Variables d'entrée : mesure du volume et de la température de process directement en amont et en aval d'un échangeur de chaleur (dans la conduite d'alimentation ou de retour). Le capteur de débit peut être installé sur le côté chaud ou froid. a0009704 E: q: : T1 : T2 : h (T1) : h (T2) : Enthalpie (quantité de chaleur) Volume de service Densité T chaud T froid enthalpie spécifique de l'eau à la température 1 enthalpie spécifique de l'eau à la température 2 REMARQUE Pour les autres caloporteurs, par exemple l'huile thermique, la quantité de chaleur est calculée à l'aide de polynômes pour la densité et la capacité thermique. Pour saisir les polynômes, on utilise l'éditeur de formules pour les voies mathématiques. Des polynômes pour des liquides spécifiques au client peuvent être générés sur demande (moyennant paiement). 6 Advanced Data Manager Description des applications 2.2 Applications sur l'eau/le glycol 2.2.1 Différence de chaleur dans l'eau/le glycol Calcul de la quantité de chaleur dégagée ou absorbée par un fluide frigorigène (mélange eau/glycol) dans un échangeur de chaleur. Application typique pour la mesure d'énergie dans les circuits de chauffage et de refroidissement. Variables d'entrée : mesure du volume de service et de la température directement en amont et en aval d'un échangeur de chaleur (dans la conduite d'alimentation ou de retour). La densité et la conductivité thermique du fluide frigorigène sont calculées sur la base du rapport de mélange (concentration). Le capteur de débit peut être installé sur le côté chaud ou froid. a0009705 E: q: : T1 : T2 : c (T1) : c (T2) : cm Enthalpie (quantité de chaleur) Volume de process Densité T chaud T froid capacité thermique spécifique à la température 1 capacité thermique spécifique à la température 2 Capacité thermique spécifique moyenne REMARQUE Pour d'autres fluides frigorigènes, des polynômes spécifiques pour le calcul de la quantité de chaleur peuvent être générés sur demande (moyennant paiement). 7 Description des applications Advanced Data Manager 2.3 Applications sur vapeur 2.3.1 Quantité de chaleur dans la vapeur Calcul du débit massique et de la quantité de chaleur qu'il contient à la sortie d'un générateur de vapeur ou pour des consommateurs individuels. Variables d'entrée : débit volumique de service, température et/ou pression a0009709 E: q: : TD : p: hD Enthalpie (quantité de chaleur) Volume de process Densité Température de la vapeur Pression (vapeur) Enthalpie spécifique de la vapeur Pour une mesure simplifiée de la vapeur saturée, on peut s'abstenir de mesurer la pression ou la température. La variable d'entrée manquante est déterminée en utilisant la courbe de vapeur saturée enregistrée dans le système. Lors de la mesure de la pression et de la température, l'état de la vapeur est déterminé avec précision et est surveillé. Une alarme de vapeur humide est émise lorsque la température de la vapeur saturée est égale à la température du condensat. (Voir Mode défaut 3.5) 8 Advanced Data Manager Description des applications 2.3.2 Différence de chaleur dans la vapeur Calcul de la quantité de chaleur dégagée lors de la condensation de la vapeur dans un échangeur de chaleur. Alternative possible : calcul de la quantité de chaleur (énergie) utilisée pour générer la vapeur. Variables d'entrée : mesure de la pression et des températures directement en amont et en aval d'un échangeur de chaleur (ou générateur de vapeur). Le capteur de débit peut être intégré soit dans la conduite de vapeur, soit dans la conduite d'eau (condensat ou eau d'alimentation). Si la mesure de débit est nécessaire à la fois dans la conduite de vapeur et la conduite d'eau (p. ex. en raison de la consommation ou de pertes de vapeur), deux applications doivent être configurées, à savoir la quantité de chaleur dans la vapeur et la quantité de chaleur dans l'eau. Les quantités de masse et d'énergie peuvent ensuite être équilibrées dans une voie mathématique à l'aide de l'éditeur de formules (voir 3.4.1). a0009710 E: q: : TD : TW : p: hD : hW : Enthalpie (quantité de chaleur) Volume de process Densité Température de la vapeur Température de l'eau (condensat) Pression (vapeur) Enthalpie spécifique de la vapeur Enthalpie spécifique de l'eau 9 Configuration des applications Advanced Data Manager 3 Configuration des applications 3.1 Directives générales de programmation 1. Configurer les entrées débit, pression et température Les entrées standard sont utilisées ici. Il est recommandé de prélever les unités de mise à l'échelle des gammes de mesure dans le tableau ci-dessous (voir 3.2). Dans le cas contraire, des coefficients de conversion doivent être définis lors de la configuration de l'application (voir 3.2). 2. Ouvrir la voie mathématique. Activer la fonction de calcul de l'énergie ou de la masse, puis sélectionner l'application. Affecter les entrées et définir les unités. Sélectionner les unités des totalisateurs dans le menu Totalisation. Pour les applications sur vapeur, configurer le mode défaut en cas d'alarme de vapeur humide, le cas échéant. 3. Configurer l'affichage, c'est-à-dire grouper les valeurs d'affichage et sélectionner le mode d'affichage. 3.2 Sélectionner les unités Les unités des entrées et l'application sont sélectionnées dans le cadre de la configuration de l'application (dans la voie mathématique). S'assurer que les unités sélectionnées sont identiques aux unités ayant été utilisées pour mettre à l'échelle les entrées. Si l'on préfère d'autres unités pour la configuration des entrées, une voie mathématique doit être sélectionnée où l'unité doit être convertie en une unité indiquée dans le tableau. Cette voie mathématique est ensuite utilisée comme entrée débit dans une autre voie mathématique pour calculer l'énergie ou la masse. Unités utilisées dans le pack énergie Débit m3/h ft3/h gal/h ft3/min Pression bar(a)(g) Psi(a)(g) MPa(a)(g) inH2O(a)(g) Densité kg/m3 lb/ft3 Température °C K °F Flux de chaleur kW MW kBTU/h Énergie thermique kWh MWh Débit massique kg/h Masse totale Enthalpie GPM l/h MBTU/h tonne kBTU/ min therm/ therm/h GJ/h min MJ MBTU tonh kBTU therm t/h lbs/h tonne/h kg t lbs tonne kJ/kg Btu/lbs gal = gallons liquides : 1 ft3 = 7.48051948 gal ton (masse) = tonne (américaine) US : 1 ton = 907.18474 kg tonne (puissance) = tonne de réfrigération (RT) : 1 tonne = 3.51685284 kW BTU = Tableau [Vapeur] International (IT) : 1 Btu = 1055.056 kJ therm = therm US (basée sur BTU59 °F) : 1 therm = 105 480.4 kJ GPM = gallons par minute 10 GJ Advanced Data Manager Configuration des applications 3.3 Exemples pour la mesure de l'énergie dans l'eau et dans la vapeur 3.3.1 Exemple de différence de chaleur dans l'eau 1. Configurer les entrées débit, pression et température. Sélectionner le signal, entrer un nom pour l'identification de la voie, définir l'unité (voir Tableau 3.2) et définir la gamme de mesure. 11 Configuration des applications Advanced Data Manager 2. Configurer le calcul de l'énergie. 2.1Ouvrir la voie mathématique, sélectionner le calcul de l'énergie, affecter les capteurs et les unités, spécifier le point d'installation du capteur de débit et définir la plage de zoom. 2.2Sélectionner l'unité pour les compteurs. Activer la totalisation, sélectionner l'unité et définir la valeur de seuil (débit de fuite) si nécessaire (les valeurs inférieures à la valeur de seuil ne sont pas totalisées). 3. 12 Configurer l'affichage. Sélectionner les valeurs et le mode d'affichage. Advanced Data Manager Configuration des applications 3.3.2 Exemple de quantité de chaleur / masse de la vapeur 1. Configurer les entrées débit, pression et température. Sélectionner le signal, entrer un nom pour l'identification de la voie, définir l'unité (voir Tableau 3.2) et définir la gamme de mesure. 2. Configurer le calcul de l'énergie. 2.1Ouvrir la voie mathématique, sélectionner le calcul de l'énergie ou de la masse, affecter les capteurs et les unités. Si l'on souhaite calculer et afficher l'énergie et la masse, il faut copier les réglages dans la voie mathématique 2 et sélectionner "Calcul de la masse". 2.2Sélectionner l'unité pour les compteurs. Activer la totalisation, sélectionner l'unité et définir la valeur de seuil (débit de fuite) si nécessaire (voir l'exemple 3.2.2, n° 2.2) 13 Configuration des applications Advanced Data Manager 2.3Configurer le comportement pour l'alarme de vapeur humide. (Uniquement possible si les entrées pression et température sont utilisées). Ouvrir le menu Expert, configurer le mode défaut pour l'alarme vapeur humide (arrêt du compteur en cas d'alarme vapeur humide ou continuer le calcul avec l'état de vapeur saturée et continuer la totalisation, c'est-à-dire les compteurs continuent de fonctionner normalement. Configurer si l'alarme vapeur humide doit être signalée via un relais). 3. 14 Configurer l'affichage. Sélectionner les valeurs et le mode d'affichage pour l'afficheur (menu : groupes de signaux (voir l'exemple 3.2.2, n° 3) Advanced Data Manager Configuration des applications 3.3.3 Calcul du débit DP (mesure de débit basée sur la méthode de la pression différentielle) Remarques générales L'appareil calcule le débit à l'aide de la méthode de pression différentielle selon la norme ISO5167. Contrairement à la méthode conventionnelle de mesure de la pression différentielle, qui fournit des résultats précis uniquement dans les conditions nominales, l'appareil calcule les coefficients de l'équation de débit (coefficient de débit, vitesse du facteur d'approche, coefficient d'expansion, densité, etc.) de façon itérative et continue. Ceci garantit que le débit est calculé de façon précise, même dans des conditions fluctuantes du process, et de façon totalement indépendante des conditions nominales (température et pression dans les conditions nominales). p Δp T Équation ISO 5167 générale pour les diaphragmes, tuyères et tube Venturi : Qm = f × c × p 1 × e × d2 × 4 1 - b4 2 × Dp × r A0013547 Sonde de Pitot : Qm = k × d² p × 2 × Dp × r 4 A0013548 Gilflo, V-cone (autres débitmètres DP) : A0013549 Qm k Δ QM(A) A B Débit massique (compensé) Facteur de blocage Densité dans les conditions de process Pression différentielle Débit massique dans les conditions nominales Densité dans les conditions nominales Densité dans les conditions de process 15 Configuration des applications Advanced Data Manager Configuration de la mesure de pression différentielle 16 1. Définir une entrée universelle pour le transmetteur de pression différentielle : – Sélectionner le signal (4-20 mA) – Description de la voie – Unité (mbar) – Gamme de mesure du transmetteur de pression différentielle 2. Des réglages supplémentaires sont effectués dans la voie mathématique et dans le sous-menu Débit DP : – Application (eau, vapeur, liquides, gaz) – Design et matériau du transmetteur de pression différentielle, p. ex. diaphragme, tuyère – Diamètre intérieur "D" de la conduite à 20 °C (68 °F) – Diamètre "d" du transmetteur de pression différentielle (ou facteur k pour sondes de Pitot) à 20 °C (68 °F) Advanced Data Manager Configuration des applications Densité dans les conditions de process : pour les liquides autres que l'eau et le glycol ainsi que pour les gaz, la densité doit être déterminée dans les conditions de process. La densité peut être soit calculée dans une voie mathématique, soit déterminée en externe et transmise à l'appareil. La formule générale pour le calcul de la densité de gaz est la suivante : (b) (n) p p(n) T(n) T Densité dans les conditions de process Densité dans les conditions standard Pression de process en bar Pression dans les conditions standard en bar (p. ex. 1,013 bar) Température en Kelvin dans les conditions standard (p. ex. 273 Kelvin) Température de process en degrés Kelvin (c'est-à-dire la température en °C +273.15) Pour les liquides, les données de densité peuvent être entrées sous forme de tableau sous "Expert/Application/Maths/Maths x/Linearization". La voie mathématique pertinente est ensuite affectée au champ "Densité". 17 Configuration des applications Advanced Data Manager 3.4 Équilibrage (liens entre les applications) 3.4.1 Généralités Pour équilibrer les quantités de masse ou d'énergie les unes par rapport aux autres ou pour calculer les valeurs caractéristiques, n'importe quelle voie mathématique peut être utilisée. Exemple : Équilibrage d'un système vapeur • La quantité de chaleur de la valeur générée est calculée dans la voie mathématique 1. • La voie mathématique 2 est utilisée pour calculer l'énergie résiduelle dans le débit de condensat (quantité de chaleur dans l'eau). Grandeur recherchée : L'énergie dégagée entre la conduite d'alimentation en vapeur et la conduite de retour du condensat. Solution : Ouvrir la voie mathématique 3, sélectionner l'éditeur de formules et l'utiliser pour soustraire l'un de l'autre les flux d'énergie (valeurs instantanées) et totaliser (intégration). En guise d'alternative, les compteurs peuvent également être soustraits directement. 18 Advanced Data Manager Configuration des applications 3.4.2 Surveillance de chaudières à vapeur Une chaudière à vapeur est surveillée afin de garantir la sécurité de l'installation et d'optimiser les process, permettant d'économiser des coûts. Grandeurs mesurées pour la surveillance de la sécurité de l'installation : • Niveau • Pression de la chaudière • Température de la chaudière Grandeurs mesurées et valeurs caractéristiques pour l'optimisation du process : • Énergie du flux de vapeur • Énergie du flux de condensat • Énergie de l'eau d'alimentation ou de l'eau fraîche • Énergie de la purge de chaudière • Énergie du combustible (p. ex. gaz naturel, mazout domestique) • Énergie, teneur en oxygène et température du débit des gaz de fumée • Débit massique de l'air de combustion (avec teneur en O et température) • Analyse chimique : pH, oxygène dissous, conductivité Charge Gaz de fumée (T) Vapeur (P, T, V) Condensat (V, T) Gaz combustible (M, T) Air Eau d'appoint (V, T) Eau d'alimentation (V, T) Purge 19 Configuration des applications Advanced Data Manager Exemple : Calcul du rendement de la chaudière • Voie mathématique 1 (M1) : quantité de chaleur de la vapeur (totalisation : compteur) • Voie mathématique 2 (M2) : quantité de chaleur du combustible (totalisation : compteur) • Voie mathématique 3 (M3) : rendement du combustible par rapport à la vapeur (en %) • Voie mathématique 4 (M4) : rapport combustible/vapeur Configuration de la voie mathématique 3 : REMARQUE Pour calculer le rendement, les valeurs de compteur issues des voies mathématiques 1 et 2 doivent être utilisées. "Rendement" doit être sélectionné dans le paramètre "Le résultat est". Ceci garantit que les valeurs de compteur issues de l'évaluation des signaux sont utilisées automatiquement pour le calcul du rendement ; on obtient 4 valeurs de rendement (p. ex. 15 min, jour, mois, année) à afficher et à enregistrer. Des appareils préréglés selon les besoins du client peuvent être commandés pour les applications vapeur suivantes : • Norme de rendement des chaudières à vapeur (calcul direct du rendement) • Rendement des chaudières à vapeur, y compris l'évaluation des pertes individuelles (pertes dans la cheminée, purge, rayonnement) • Équilibrage de la distribution de vapeur, mesure de fuite incluse • Mesure de la consommation de vapeur, y compris le calcul des besoins spécifiques en vapeur par unité de production. 20 Advanced Data Manager Configuration des applications 3.4.3 Packs solution supplémentaires pour les applications spécifiques au client En plus des packs solution pour la vapeur, des appareils préréglés peuvent être commandés pour les applications spécifiques au client : Système de refroidissement : • Calcul du COP pour le système, l'installation et la machine de refroidissement • Équilibrage de la distribution d'un système de refroidissement • Calcul de l'utilisation spécifique du système de refroidissement (par unité de production) Système d'air comprimé : • Mesure de la performance spécifique du compresseur (kWh/Nm³) • Mesure de fuite • Surveillance des filtres • Calcul de la consommation spécifique d'air comprimé Système de chauffage : • Rendement de la chaudière à eau chaude • Équilibrage de la distribution de chaleur • Calcul de la consommation spécifique de chaleur (par unité de production) Eaux usées : • Consommation d'énergie spécifique en fonction de la charge des eaux usées • Performance spécifique de l'aérateur • Performance spécifique de la pompe • Production spécifique de biogaz 3.5 Mode défaut Le mode défaut peut être configuré uniquement en mode Expert. Les paramètres du mode défaut des entrées sont décrits dans le paragraphe 6.4 du manuel de mise en service relatif à l'enregistreur graphique évolué. Dans le cas d'une erreur, le calcul de l'énergie et de la masse est poursuivi en utilisant une valeur de remplacement, ou le calcul est incorrect. Pour les applications sur vapeur, lorsque la température du condensat (alarme vapeur humide) est atteinte, l'état de vapeur saturée est calculé sur la base de T, et le flux de chaleur (performance) est calculé. Le comportement des compteurs peut être défini dans l'option de menu Mode défaut / Alarme vapeur humide : • Arrêter totalisation (arrêt compteur) • Continuer totalisation, c'est-à-dire les compteurs continuent de fonctionner (calcul de la vapeur saturée) 21 Caractéristiques techniques Advanced Data Manager 4 Gamme de mesure Caractéristiques techniques Eau Eau/glycol Vapeur 0 à 350 °C (32 à 662 °F) -40 à 350 °C (-40 à 662 °F) Gamme de mesure pour la vapeur surchauffée 0 à 1000 bar (0 à 14503.7 psi) 0 à 800 °C (32 à 1472 °F) Gamme de mesure pour la vapeur saturée 0 à 165 bar (0 à 2393 psi) 0 à 373 °C (32 à 703 °F) Différentiel de température min. 0 °C (0 °F) Concentration 0 à 60 % Vol Seuils d'erreur (entrées universelles) 3 à 20 °C (37.4 à 68°F) < 1,0 % de la gamme de mesure 20 à 250 °C (68 à 482°F) < 0,3 % de la gamme de mesure Cycle de calcul Norme de calcul 22 500 ms IAPWS-IF 97 Fonctions polynomiales (Écart de mesure : 0,6 % max.) IAPWS-IF 97 Advanced Data Manager Caractéristiques techniques 23 www.addresses.endress.com ">
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