Calcul coût annuel électrique d'une pompe

[invite46c1e734]

Hello,

Mes cours d'électricité sont biens loin et ce n'est pas mon métier.

Actuellement j'ai un stagiaire qui doit fournir un TP sur la consommation électrique de certaines moteur (moteur qui entraine des pompes centrifuges).

Tous ces moteurs sont triphasés. Je me rappel de la formule:
P = racine3.U.I.Cos phi

Mon fournisseur d'électricité peut me fournir la tension sur le réseau. J'ai une mesure en temps réel de l'intensité. Je connais le nombre d'heure de fonctionnement annuel ainsi que le prix du kWh.

Ma question concerne le Cos phi. Il est écrit sur la plaquette du moteur.

Il me semble qu'il ne faut pas prendre cette valeur car elle est vrai seulement si le moteur est à sa charge nominal et à sa tension nominal.

Egalement, le cosPhi d'un moteur varie en fonction de sa charge. Il doit être fourni dans la documentation du fabricant.

Doit on prendre le Cos phi du réseau électrique donné par notre fournisseur ou est ce qqchose à part.

J'attends vos lumières sur ces questions ou la bonne méthode de calcul qui nous conviendrait.

Je ne veux pas raconter de crack à mon stagiaire.

Merci et @+
-----

[invite2313209787891133]

Bonjour

Ton stagiaire ne serait pas une stagiaire ?
Car le plus logique serait de lui dire de se documenter tout seul.

[invite46c1e734]

Salut,

Nous n'avons pas toujours la documentation souhaitée vu que ce n'est pas notre métier.

Je lui ai demandé de se renseigner de son côté mais j'aimerais connaitre les bonnes réponses afin de comparer avec ces recherches et argumenter ces fautes et celle qui lui sont racontées par d'autres collègues qui ne sont eux non plus du métier.

Merci de t'intéresser à mon sujet.

@+

[verdifre]

Bonjour,
pour moi, la bonne réponse serait de faire un enregistrement de la puissance consommée par la pompe dans des conditions representant significativement son fonctionnement annuel , de completer ces mesures en mettant un compteur d'energie sur la pompe pendant un mois
avec ces deux mesures, tu peux ajuster les parametres de ton modele theorique de consommation de ta pompe et éventuellement essayer de l'appliquer à des installations similaires.
fred

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite76532345]

Bonjour

Egalement, le cosPhi d'un moteur varie en fonction de sa charge. Il doit être fourni dans la documentation du fabricant.

Exact;
Il suffit de demander au fabricant et il va se faire un plaisir de vous envoyer le cosPhi du moteur en fonction des charges à 25 -50-75 et 100%

Mon fournisseur d'électricité peut me fournir la tension sur le réseau.

Ce n'est pas représentatif de la tension réelle appliquée au moteur car cela ne tient pas compte de la chute de tension en ligne entre la station/sous-station du fournisseur et le site ni de la chute de tension en ligne à l'intérieur du site lui-même.
Une valeur exacte ne peut être obtenue que par une mesure de tension aux bornes du moteur. Dans tous les cas ce sera une valeur ponctuelle, pas vraiment une valeur moyenne sur une journée de 24 heures, à fortiori sur un mois ou un an.

Actuellement j'ai un stagiaire qui doit fournir un TP sur la consommation électrique de certaines moteur (moteur qui entraine des pompes centrifuges).

D'où la question:
Consommation ponctuelle sur relevé ponctuel (calcul basique de "P" suivant la formule bien connue) puis multiplication par 24 heures et 365 jours ?
Ou bien consommation moyenne sur une période de XXX jours et extrapolation sur 365 ?
Le cosPhi de l'installation est il corrigé ?... En principe oui.... Comment ?
Comment le fournisseur facture t-il l'énergie réactive ? Inclus dans la consommation générale au moyen d'un prix du kWh "standard" ou bien compteur de réactif avec prix "spécial" du kVAR ?

A suivre.

[invite46c1e734]

Merci PapyKiwi pour les infos,

Il lui est demandé de faire une mesure ponctuelle et de faire le calcul pour avoir une idée du coût de fonctionnement par an. Soit P x 24 x 340 jours x €kWh.

Je peux aussi demander à avoir une mesure ponctuelle avec une pince wattmétrique.

Nous sommes facturé au kWh c'est la seule dont je suis sur. Le CosPhi de notre réseau est de 0.89. Je pense que notre CosPhi réseau doit être corrigé au moyen de condensateur, est ce celà ??

Avec un calcul vite fait, nous avons des moteurs qui peuvent nous coûter 300k€/an en électricité.

Donc juste pour compléter ma demande, le calcul sera t-il:
1. P = racine3.U.I.CosPhi plaque moteur
2. P = racine3.U.I.CosPhi réseau électrique
3. P = racine3.U.I.CosPhi théorique fournit par le fabricant selon charge moteur

ou seule une mesure à la pince wattmétrique peut être juste.

Encore une question: si le CosPhi du réseau est de 0.7, un moteur peut il atteindre son CosPhi nominal de 0.86 ? ou alors est ce que je m'embrouille ?

Merci et @++

[invite76532345]

Bonjour
La demande étant pour un relevé ponctuel, il faut mesurer "U" et "I" au moment où... Donc:

3. P = racine3.U.I.CosPhi théorique fournit par le fabricant selon charge moteur

Puisque c'est cela qui correspond aux conditions réelles de fonctionnement.

ou seule une mesure à la pince wattmétrique peut être juste.

Plus juste évidemment puisque la pince (si étalonnée et vérifiée) va donner des valeurs instantanées "réelles". Le moteur peut par exemple être chargé à 79.6%, valeur ne figurant pas sur le tableau "standard" (25-50-75-100%) du fabricant.
Et puis cela évite au stagiaire de consulter le "grand sorcier calculette" pour avoir le droit d'utiliser le nombre magique "1.732" avec un crayon.

Encore une question: si le CosPhi du réseau est de 0.7, un moteur peut il atteindre son CosPhi nominal de 0.86 ? ou alors est ce que je m'embrouille ?

Prenons pour base de calcul une puissance de 100kW
Le "cosphi" 0.7 du réseau signifie que:
La puissance active de ce réseau est 100 x 0.7 = 70 kW c'est ce que les utilisateurs peuvent réellement exploiter pour travailler avec leurs machines
La puissance réactive (souvent appelée "courant de magnétisation") est 100 x 0.714 (sinPhi) =71.4kVAR
Cela n'empêche pas un moteur(cosPhi 0.86) branché sur l'installation de recevoir par exemple 50kW et de rendre à l'arbre 50x0.86 = 43kW et d'utiliser à son tour 50x0.51= 25.5kVAR (le courant réactif est déphasé de 90° par rapport à l' "actif") pour sa propre magnétisation.
Lesquels 25.5 kVAR entrent dans la valeur générale "0.7" de l'installation
Le reste de l'installation (merdique) fournira 46.9kVAR (soit sinPhi=0.92 arrondi) au compteur de kVAR en utilisant 50kW "entrants" dont 19.83 kW (cosPhi =0.4 arrondi) seulement utiles "en bout d'arbre".
Note: l'addition des différentes valeurs ne tombe pas tout à fait "juste" à cause des arrondis valeurs + calculs"

A+

[invite46c1e734]

Bonjour
La demande étant pour un relevé ponctuel, il faut mesurer "U" et "I" au moment où... Donc:
Puisque c'est cela qui correspond aux conditions réelles de fonctionnement.
Plus juste évidemment puisque la pince (si étalonnée et vérifiée) va donner des valeurs instantanées "réelles". Le moteur peut par exemple être chargé à 79.6%, valeur ne figurant pas sur le tableau "standard" (25-50-75-100%) du fabricant.
Et puis cela évite au stagiaire de consulter le "grand sorcier calculette" pour avoir le droit d'utiliser le nombre magique "1.732" avec un crayon. Prenons pour base de calcul une puissance de 100kW
Le "cosphi" 0.7 du réseau signifie que:
La puissance active de ce réseau est 100 x 0.7 = 70 kW c'est ce que les utilisateurs peuvent réellement exploiter pour travailler avec leurs machines
La puissance réactive (souvent appelée "courant de magnétisation") est 100 x 0.714 (sinPhi) =71.4kVAR
Cela n'empêche pas un moteur(cosPhi 0.86) branché sur l'installation de recevoir par exemple 50kW et de rendre à l'arbre 50x0.86 = 43kW et d'utiliser à son tour 50x0.51= 25.5kVAR (le courant réactif est déphasé de 90° par rapport à l' "actif") pour sa propre magnétisation.
Lesquels 25.5 kVAR entrent dans la valeur générale "0.7" de l'installation
Le reste de l'installation (merdique) fournira 46.9kVAR (soit sinPhi=0.92 arrondi) au compteur de kVAR en utilisant 50kW "entrants" dont 19.83 kW (cosPhi =0.4 arrondi) seulement utiles "en bout d'arbre".
Note: l'addition des différentes valeurs ne tombe pas tout à fait "juste" à cause des arrondis valeurs + calculs"

A+

Excellent merci. J'ai toutes les cartes en mains pour argumenter.

@+

[invite2f56f42a]

Bonjour,
Je ne veut pas être désagréable mais je ne crois pas que ces informations soient très compréhensible par une personne qui ne fait pas d'électrotechnique dans son quotidien, par contre sachez que toutes ces infos relatent de la méthode dite de BOUCHEROT pas la formule de BOUCHEROT bien que se soit lié.
Cette méthode consiste à former un tableau faisant apparaître le bilan des puissances du système.La puissance active P, la puissance réactive Q permettant de déterminer la puissance apparente du système S ( S²=P²+Q², comme Pythagore) ceci permet de déterminer l'énergie consommé par le système en ajustant le tout avec un coeficient de simultanéité qui en fait est le rapport de la période de fonctionnement sur la période totale ( genre 2h de travail sur une journée de 24h).
Pour plus d'informations allez consulter notre amis commun Wikipédia en lui demandant ce qu'est la méthode de BOUCHEROT.
En espérant n'avoir pas trop donner d'information considérée comme étant de mon intime conviction....
Cordialement

[invite2f56f42a]

De plus,
Noubliez pas de construire(surtout si c'est pour un professeur) un graphique de FRESNEL avec les donnée de la méthode.

[invite46c1e734]

Encore merci à tous vos lumières et méthodes de calcul,

@MAX60: c'est vrai que toutes les informations ne sont pas utiles.
Juste pour moi, le moyen de prouver à mon stagiaire que sa méthode de calcul ne peut être appliqué car on ne mesure pas la tension aux bornes du moteur et on ne connait pas le CosPhi.

Je vais maintenant l'orienter vers un responsable du service électrique afin qu'il recherche une documentation moteur pour y trouver les différentes valeurs de CosPhi selon le régime.

Ensuite, il se débrouillera pour faire mesurer à la pince wattmétrique par qqun d'habiliter.

[invite2f56f42a]

Il faut savoir que le cos phi d'une installation est contrôler par EDF, c'est à dire que EDF facture l'énergie réactive consommé pour les valeurs au dela d'une tangente phi de 0,4, c'est pourquoi il est nécessaire d'effectuer un relèvement de cos phi avec une batterie de condensateur dans certains cas.
Les constructeurs de moteurs le savent et ne vendent que très peu de moteurs ayant un mauvais facteur de puissance (applications spécifiques). Ensuite, il est vrai que la charge du moteur est souvent variable au cours du temps, c'est pourquoi on applique un méthode de calcul simple en régime permanent avec des données dites parfaites ( tensions, courant etc...) en prenant les pires valeurs afin de dimensionner l'installation, après il y a les mesures qui permettent d'établir des méthodes de calculs en régime transitoire et ceux et tenant compte de l'allure de la charge (ici une pompe donc frottement visqueux (équation du second ordre)).

Après il faut aussi tout simplement savoir ce qui est demander, c'est à dire soit juste une méthode de calcul de puissance d'une pompe ou le calcul de la puissance réelle d'une pompe en fonction de sa charge...

[invite46c1e734]

Merci,

L'énoncé de la question est le suivant:
- pour les cinqs plus grosses pompes de l'atelier, calculez le coût de fonctionnement électrique annuel.

Seulement, toutes ces pompes ne sont jamais à leur régime nominal (variateur, régulation de débit, ...).

On lui demande de se baser sur P = Racine(3).U.I.CosPhi et c'est pour ceci que je lui disais que le CosPhi de la plaque moteur ne pouvait s'appliquer.

Pour en revenir à notre réseau global, le CosPhi est maintenu à 0.89.

[invite46c1e734]

Encore une question,

Peut on calculer la valeur du CosPhi, si oui avec quelle données ?

Merci

[invite76532345]

Bonjour

Évidemment que le cosPhi "ça se calcule".
Il faut, sur un moteur, connaître
- la puissance à l'arbre
- le rendement mécanique
- la puissance électrique à l'entrée.
On en déduit la puissance réactive par une simple règle de trois.
Appel aux mânes de ce bon "Monsieur Pythagore" et on obtient la valeur des côtés du triangle rectangle en fonction de l'hypoténuse.
Ensuite ce n'est plus qu'une question de division.

Bonne journée.

[Zozo_MP]

Bonjour

- la puissance à l'arbre
- le rendement mécanique

Cela ne doit pas être trivial.

Question de pure curiosité n'ayant jamais eu à traiter ce genre de sujet.

- comment mesurer la puissance réelle à l'arbre sur une pompe ?

- comment mesurer ou définir le rendement mécanique?

Cordialement
.

[invite46c1e734]

Hello le forum,

Pour la puissance à l'entrée est ce bien: P = Racine(3).U.I

Pour le reste je suis aussi curieux afin de faire l'exercice avec mon stagiaire.

Merci.

[invite76532345]

Re:
1/

comment mesurer la puissance réelle à l'arbre sur une pompe ?

Au banc d'essai en usine on intercale un mesureur de couple entre le moteur et l'arbre de la pompe.
Couple x vitesse ==> puissance
Je reconnais que sur site ce n'est "pas évident".....

2/

comment mesurer ou définir le rendement mécanique?

Idem, au banc d'essai Constructeur, sur le moteur type de la série, frein de Froude ou de Prony (archaïque) ou tout autre dispositif étalonné genre génératrice débitant sur une charge témoin dont les paramètres sont connus. (Un banc d'essais de Constructeur c'est une vraie "usine à gaz" avec beaucoup d'électronique et d'informatique)
Sur site, il faut faire confiance aux valeurs données par le Constructeur en fonction de la charge demandée, car une fois le moteur accouplé à la machine, plus question d'intercaler quoi que ce soit.

3/

Pour la puissance à l'entrée est ce bien: P = Racine(3).U.I

Presque...
A l'entrée, au bornier, c'est bien cela.
A l'arbre moteur c'est
C'est P= U.I.(3)^1/2.cosPhi
Le cosPhi du moteur est à prendre dans les données du constructeur en fonction de la charge.
Ou bien par lecture de la "pince wattmétrique" (voir posts # 6 et 11); soit lecture directe; soit lecture des courants "Actif" et "Réactif" suivant le modèle utilisé.

4/

Pour le reste je suis aussi curieux afin de faire l'exercice avec mon stagiaire.

Définir "P" par mesures "in situ": U -I et cosPhi.
Calculer la puissance en entrée (sans le cosPhi). C'est la "consommation" sur le réseau du distributeur d'énergie.
Appliquer la formule du §3 (puissance à l'arbre) et multiplier par le rendement mécanique du moteur (généralement de l'ordre de 0.95)
On obtient ainsi la puissance à l'arbre de la pompe.
Le report de cette puissance sur la famille de courbes Constructeur (graphe "puissances") permet de voir où est situé le point de fonctionnement (Graphe "débit/ HMT") et quel est le rendement de la pompe à ce point (même graphe ou graphe spécial suivant les constructeurs).
On répond donc à:
aa/

Actuellement j'ai un stagiaire qui doit fournir un TP sur la consommation électrique de certaines moteur (moteur qui entraine des pompes centrifuges).

La puissance en kW en entrée du moteur est, multipliée par le temps de marche pour obtenir des kWh, ce qui sert à la facturation de l'énergie.
bb/ Dans quelles conditions "process" fonctionne la pompe (ce qui n'est pas demandé; mais si on est curieux...).

A suivre
Cordialement

[verdifre]

Bonjour,
à l'aide d'une paire d'essais simples, tu obtient un modele mathematique pas trop mauvais de ton moteur
http://mach.elec.free.fr/mat/diagramme_cercle.ppt
Une fois que tu as ce modele mathematique, tu as avec une precision pas trop mauvaise les divers points de fonctionnement
Cependant si ton moteur est piloté par un variateur, toutes ces grandeurs sont mesurées par le variateur.
La presence du variateur change aussi beaucoup de choses au niveau du cos phi. Les variateurs, generalement, n'appellent que de la puissance active ( c'est aussi un des interets de leur utilisation)
fred

[verdifre]

Bonsoir papy

le rendement mécanique du moteur (généralement de l'ordre de 0.95)

cela me semble bien pessimiste pour 2 roulements et un ventilateur
pour le rendement purement mecanique je l'aurais situé (a pleine charge) plutot autour de 99%
fred

[invite76532345]

Bonjour

Fred, tu as raison pour un moteur d' "école".
Dans la "triste réalité" de l'industrie, c'est moins que 97%.
J'ai avancé: "de l'ordre de 0.95" car je pensais à des "pompes" dans l'usine; pas des jouets; donc une certaine puissance demandée.
Un exemple là
Il faut télécharger le catalogue et voir "efficiency"; pages 4 à 6.

Note: Il est vrai que les normes "EN" considèrent l'échauffement (effet Joule) comme une perte mécanique.

Bonne journée
Cordialement