Installations de traitement des eaux de process pour leau pure et ultrapure
Non seulement propre mais pur
En principe, leau telle quelle sort du robinet ne pose pas de grands défis aux capteurs process. La situation est différente pour le traitement de leau ultrapure. Les capteurs utilisés dans un tel process doivent être plus performants et plus résistants.
Tout le monde connaît ce problème dans la vie de tous les jours : le nettoyage à leau du robinet laisse souvent des taches inesthétiques sur les surfaces. Sur les vitres ou les verres à boire, cet effet peut seulement perturber notre perception esthétique, mais dans les process industriels, il peut sérieusement compromettre la qualité des produits. Par exemple, lorsque leau traitée est utilisée pour rincer des pièces métalliques traitées afin déliminer les huiles et les lubrifiants pour les préparer à un revêtement ou une galvanisation ultérieurs. Ou encore dans lindustrie optique et dans la technologie médicale, où leau de rinçage ne doit laisser aucun résidu après le séchage.
La solution : leau pure. Celle-ci est exempte de minéraux dissous, de sels et de bactéries. Selon le degré de traitement, on parle deau pure ou ultrapure.
Installations pour la production deau ultrapure
Lentreprise EnviroFALK, basée à Westerburg en Allemagne, sest justement spécialisée dans ce domaine. Fondée en 1989, lentreprise est aujourdhui lun des leaders sur le marché des installations de traitement de leau ultrapure. Cofondateur et directeur Peter Leyendecker : «Nous développons des concepts à partir des différentes techniques de traitement de leau disponibles sur le marché : systèmes dosmose inverse, ultrafiltration, nanofiltration ou systèmes déchange dions. Souvent, cest une combinaison de différentes techniques qui se retrouve dans nos installations. Nous proposons à nos clients des concepts complets pour la réduction de leau, la recirculation, et, en particulier, pour le traitement de leau pure.»
Maximilian Meurer, technicien MSR chez EnviroFALK, explique le fonctionnement dune telle installation : «Dans cette installation de traitement des eaux de process, nous introduisons de leau normale telle quelle sort du robinet. Dans une première étape, elle est adoucie. Avec cette eau douce, toutes les matières solides sont filtrées par osmose inverse.
Lors de létape suivante de purification, leau passe par une cartouche échangeuse dions. Celle-ci est remplie dun granulat spécial ou dune résine à lit mélangé qui extrait tous les minéraux de leau. Nous contrôlons la qualité de cette eau déminéralisée à laide des capteurs de conductivité difm. La valeur process quils fournissent nous permet également de détecter une augmentation de la conductivité lorsque la cartouche est épuisée et doit être remplacée.
Leau pure est pompée dans une cuve pour être stockée temporairement, et parfois chauffée, afin que le client puisse lutiliser à tout moment et de manière flexible pour différentes applications. Pour obtenir un degré de pureté élevé, cette eau dessalée est en outre irradiée par des rayons ultraviolets afin que leau reste exempte de germes.»
Installation de traitement des eaux de process avec différents niveaux de pureté.
Capteurs et exigences
Divers capteurs du spécialiste de lautomatisation ifm sont utilisés pour surveiller le process de traitement complexe et assurer une qualité élevée permanente de leau ultrapure. Même la plus petite contamination ou reminéralisation pourrait réduire la qualité et doit être évitée à tout prix. Cest pourquoi EnviroFALK utilise des capteurs affleurants dans les tuyaux et les cuves.
Lavantage : il ny a pas de zones mortes dans lesquelles leau ne circule pas suffisamment, ce qui pourrait entraîner un enrichissement indésirable. Un autre défi est le comportement de leau déminéralisée. Celle-ci essaie constamment de compenser son état dessalé non naturel en dissolvant les minéraux des matériaux environnants. Avec les parois traditionnelles en acier inoxydable, leau y parviendrait et provoquerait avec le temps des piqûres de corrosion.
Cest pourquoi cette installation utilise des tuyaux en plastique ou en acier inox de très haute qualité. Il en va de même pour les capteurs qui entrent en contact avec les fluides. ifm propose pour cela des capteurs spécialement conçus pour les applications deau ultrapure. Les parties de ces capteurs qui entrent en contact avec le fluide sont en acier inox de très haute qualité ou en dautres matériaux dont leau ultrapure ne peut pas extraire de molécules.
Photo 1 : réservoirs isolés en aval pour le chauffage et le stockage de leau pure. Photo 2 : le capteur de conductivité LDL101 difm surveille la pureté de leau par la mesure de la conductivité et indique à temps quand les cartouches échangeuses dions doivent être remplacées.
Une valeur mesurée essentielle : la valeur de conductivité
Le capteur de conductivité LDL101 est le bon choix lorsque la pureté de leau est cruciale pour la qualité du produit ou la fiabilité du process. La valeur de conductivité est linverse de la valeur de résistance électrique de leau. Plus leau est pure, plus sa résistance est élevée et plus la valeur de conductivité est faible.
Maximilian Meurer, technicien MSR chez EnviroFALK : «Nous utilisons le capteur IO-Link LDL101 pour la mesure de la conductivité, qui est essentielle pour garantir la qualité de leau ultrapure. La conductivité indique la concentration en ions de leau. Plus le nombre dions libres est faible, plus la conductivité est faible. Le capteur de conductivité LDL101 nous a impressionnés parce quil possède une très grande plage de mesure de 0,04 à 1 000 microsiemens par centimètre. Pour nous, cest idéal, car cela nous permet de couvrir, en termes de mesure, toutes les étapes de linstallation avec un seul type de capteur, de leau de ville normale à lentrée à leau ultrapure à la sortie. En utilisant un seul type de capteur, nous pouvons réduire nos coûts de stockage. De plus, la complexité diminue pour les techniciens de service, car ils ont besoin de moins de capteurs différents sur le terrain. Nous avons également été convaincus par le design compact du capteur. Nous pouvons raccorder le capteur par la technologie de connexion M12 standard et navons besoin ni dun câble de données coûteux ni dun boîtier de contrôle externe dans larmoire électrique, ce qui nous fait gagner du temps, de la place et de largent.»
La haute résolution et la transmission numérique sans pertes des valeurs mesurées via IO-Link permettent une analyse précise et permanente de la qualité de leau, garantissant des process sans faille. Si la valeur de la conductivité augmente au cours du processus de production de leau ultrapure, cela indique par exemple que des composants ont besoin dêtre entretenus.
Mesure propre de la pression
La pression dans les tuyaux doit être surveillée en plusieurs points de linstallation. Le capteur de pression PL15 sera utilisé à lavenir dans une installation de traitement complexe pour remplir plusieurs tâches. «Tout dabord, nous utilisons le PL15 pour le contrôle-commande de nos pompes. Grâce à IO-Link, le capteur offre une résolution optimale sur toute la plage de pression de 0 à 10 bar. Via IO-Link, nous pouvons lire les valeurs mesurées directement sous forme numérique et donc sans perte de conversion, ce qui augmente encore la précision. En outre, nous navons plus besoin deffectuer de réglages sur le capteur lui-même, ce qui facilite la manipulation.»
Un autre domaine dapplication où le capteur de pression peut vraiment mettre en évidence ses points forts est la cuve. «Le PL15 est également bien adapté pour la surveillance du niveau. Sa conception affleurante évite les zones mortes dans lesquelles leau ne circule pas suffisamment, ce qui pourrait entraîner un enrichissement indésirable. Un autre avantage du capteur de pression est quil fournit également la température du fluide comme valeur process supplémentaire, ce qui augmente encore la transparence et le contrôle des process», explique Maximilian Meurer.
Capteurs de pression particulièrement compacts et sans zone morte de la série PL15, qui peuvent être librement paramétrés par IO-Link et sont donc utilisables de manière flexible.
Mesure précise du débit deau ultrapure
Un paramètre pertinent pour le client est la quantité deau pure disponible à la fin du traitement. Lors de losmose inverse, leau de ville fournie forme dune part de leau pure, également appelée perméat, et dautre part du concentré chargé de particules. La comparaison des deux quantités permet à lexploitant de linstallation de savoir si les filtres ont besoin dêtre entretenus ou si leau de ville fournie est fortement contaminée par des substances étrangères. Pour obtenir un résultat exact, il est nécessaire de mesurer le débit avec précision à différents points de linstallation.
A cet effet, le spécialiste des capteurs ifm propose le capteur de débit à ultrasons de type SU, développé pour les applications deau ultrapure. Celui-ci détecte des débits allant jusquà 1 000 l/min avec une grande précision. Grâce à la technologie ultrason, cela vaut également pour leau ultrapure à faible conductivité, comme celle produite dans les installations dEnviroFALK. En combinaison avec les capteurs de conductivité de la famille LDL, il est possible détablir un contrôle fiable de la qualité et de la quantité dans le process de filtration. Le tube de mesure du capteur de débit est fabriqué en acier inox et est exempt déléments de mesure, de joints et de composants mobiles.
Les défauts causés par des dépôts, des dommages, des fuites ou des blocages, qui peuvent survenir dans les systèmes mécaniques tels que les hélices ou les turbines, sont ainsi exclus, tout comme les chutes de pression due à la construction telles quelles se produisent avec dautres principes de mesure. Le tube de mesure entièrement en acier inox élimine la nécessité deffectuer des évaluations de la compatibilité des matériaux des électrodes ou des joints et permet un nettoyage facile, complet et sans résidu.
La LED, qui peut indiquer lintensité du signal, sert dindicateur visuel supplémentaire dun process stable. Si lintensité du signal diminue, cela peut indiquer la présence de particules, de bulles dair ou de dépôts sur la paroi intérieure du tube.
Photo 1 : le tube de mesure du capteur de débit à ultrasons difm est exempt déléments de mesure et de pièces mobiles, il est donc idéal pour les applications deau ultrapure. Photo 2 : le capteur de niveau radar LW2120 est monté à lextérieur du couvercle de la cuve deau pure et nentre donc pas en contact avec le fluide.
Mesure radar sans contact dans la cuve
Le capteur de niveau radar LW2120 compatible IO-Link est parfaitement adapté à la surveillance sans contact du niveau dans les cuves. Il peut détecter des niveaux jusquà 10 m de hauteur sans zones mortes avec une résolution au millimètre près. La fréquence de 80 GHz utilisée assure des résultats de mesure stables et précis, même dans les conditions de montage les plus étroites. Avec la rallonge dantenne disponible comme accessoire, le capteur peut également être utilisé en dehors des cuves métalliques fermées, par exemple sur des bacs ouverts ou des récipients en plastique.
«Dans certaines applications, nous utilisons le capteur radar à la place de la mesure de niveau hydrostatique. Par exemple, cest ce que souhaitent les clients finaux dans le domaine de lultra-pureté. Car chaque raccord à vis et chaque point de mesure représente une source potentielle de contamination. Dans de telles applications, la mesure de niveau par capteur radar est un avantage, car le capteur est monté à lextérieur du couvercle de la cuve et nentre pas en contact avec le fluide», explique Maximilan Meurer.
Grâce à la technologie de connexion M12 standard, le capteur est installé en quelques minutes seulement et peut être paramétré et lu à distance via IO-Link. Un algorithme intelligent dans lappareil fait également du paramétrage via IO-Link un jeu denfant : il suffit de régler une fois la hauteur de référence et le capteur fournit immédiatement le niveau au millimètre près via IO-Link.
Valeur ajoutée avec IO-Link
En parlant de IO-Link : chez EnviroFALK, on se passionne pour IO-Link et on mise sur des capteurs utilisant ce protocole de communication numérique.
Maximilian Meurer explique les avantages : «Avec IO-Link, jai une transparence totale via lIHM et la commande, jusquà chaque capteur. En cas de comportement inhabituel, les données de diagnostic de chaque capteur maident à identifier et à éliminer rapidement le problème. Lintégration des données des capteurs dans la commande est également très simple. Grâce à linterrogation cyclique des données, je reçois les valeurs mesurées directement sous forme de valeurs numériques. Cela nétait pas possible auparavant via des mesures analogiques. En outre, je peux également consulter et numériser dautres données telles que les numéros de série ou les données de calibrage via IO-Link. Je peux aussi choisir les unités dans lesquelles les valeurs mesurées sont fournies, par exemple litres par minute ou mètres cubes par heure pour le capteur de débit. De plus, IO-Link me permet de transmettre plusieurs valeurs mesurées dun capteur.
Un exemple de ceci est le capteur de conductivité, mais aussi les capteurs de pression que nous utilisons sur les cuves et la pompe : nous y mesurons la pression afin de déterminer le niveau dans la cuve, mais nous lisons en même temps la valeur de température fournie par le capteur afin de connaître la température du fluide dans la cuve. Cela nous évite davoir à installer des capteurs de température supplémentaires et à ajouter les raccords à vis correspondants dans la cuve. Le capteur de débit de type SU fournit lui aussi plusieurs valeurs mesurées via un seul câble de données : en plus du débit et de létat du capteur, le débit total et la température sont également disponibles via IO-Link. Et grâce à la fonction de stockage des données, nous et le client final remarquons immédiatement si un mauvais capteur est utilisé ou sil y a des erreurs de câblage. Grâce à cette fonction et au câblage simple de câbles de raccordement M12 pré-confectionnés, tant sur le maître que sur lappareil, il nest plus nécessaire de faire appel à un électricien qualifié pour remplacer un capteur.»
IO-Link permet un paramétrage complet. Les fonctions de sortie, les plages de mesure, les seuils de commutation et autres paramètres peuvent être définis librement dans le cadre des valeurs caractéristiques du capteur. Là où de nombreux capteurs différents étaient auparavant nécessaires, un seul appareil IO-Link suffit souvent aujourdhui.
Maximilian Meurer : «Les principaux avantages dIO-Link pour nous sont la réduction de la variété des capteurs et des coûts de stockage. Nos techniciens nont plus besoin dautant de capteurs différents lors du remplacement des appareils. Cela permet un gain du temps et une réduction des coûts.»
Photo 1 : le protocole de communication IO-Link permet daccéder jusquà chaque capteur de manière individuelle. Cela crée une transparence maximale et facilite la recherche derreurs. Photo 2 : les maîtres IO-Link décentralisés permettent de gagner de la place dans larmoire électrique et de connecter des capteurs et des actionneurs. La connexion à la commande de linstallation se fait via Profinet.
Les capteurs de pression PV difm compacts conviennent également aux petites conduites grâce au raccord process G1/4. Outre la pression, ils transmettent également la température du fluide via IO-Link.
Conclusion
Dans la production deau pure et ultrapure, les capteurs difm permettent une surveillance efficace et précise du process. IO-Link réduit les coûts de stockage et la complexité de montage, ce qui permet de réaliser des économies importantes, tout en créant une transparence totale de toutes les étapes du process à lheure où les entreprises entrent dans lère numérique. En bref: une solution propre avec ifm !
