OPTIMISATION DU PROCESSUS DE REFROIDISSEMENT ET AMÉLIORATION DE LA DISTRIBUTION D'AIR

Usine de fabrication de céréales Montréal, Québec

Ingénierie des procédés • Analyse thermique • Optimisation des flux d'air • Conception de systèmes de ventilation • Fabrication et installation • Validation des procédés • Amélioration des coûts d'investissement réduits

ÉCONOMIES D'INVESTISSEMENT EN RÉFRIGÉRATION D'ENVIRON 55 000 $

Analyse des processus | Système de distribution d'air sur mesure | Mise en œuvre physique | Validation des performances

ExtremeTech a été initialement engagée pour évaluer et mettre en œuvre une solution de refroidissement par réfrigération avec un investissement en capital prévu d'environ 55 000 $.

Avant de procéder à l'installation du système de réfrigération, nous avons évalué le processus existant afin de déterminer si la réfrigération était réellement nécessaire. Les températures des produits, les besoins en refroidissement, le débit d'air, la configuration des rayonnages, la capacité des ventilateurs et la distribution de l'air ont été étudiés en conditions réelles de production.

L'analyse a montré que la principale limitation n'était pas un manque de capacité de réfrigération, mais une distribution inefficace du flux d'air à travers les rayonnages des produits.

Au lieu de procéder à l'investissement en réfrigération proposé, nous avons conçu, construit et mis en œuvre un nouveau système de ventilation et de distribution d'air utilisant des ventilateurs, des volets directionnels, des déflecteurs et des guides de flux d'air correctement sélectionnés afin de diffuser l'air de refroidissement plus efficacement sur chaque plateau.

Les performances de refroidissement requises ont été atteintes pour une fraction de l'investissement initialement prévu, tout en évitant la complexité supplémentaire, la consommation d'énergie et les exigences de maintenance associées à un système de refroidissement frigorifique.

LE DÉFI

Après la cuisson, le produit céréalier a été réparti dans des plateaux et chargé sur des chariots mobiles pour refroidir avant de passer à l'étape de production suivante.

Le système de refroidissement existant reposait sur des ventilateurs d'air ambiant classiques. Bien que l'air circulât dans les racks, les performances de refroidissement étaient irrégulières et plus lentes que prévu.

Plusieurs problèmes ont été identifiés :

• Le temps de refroidissement était plus long que nécessaire

• Le flux d'air n'était pas correctement dirigé à travers le rack

• Certains plateaux ont reçu un flux d'air nettement supérieur à d'autres.

• La température du produit variait en fonction de la position du plateau et du support.

• Une partie du flux d'air du ventilateur a complètement contourné le produit.

• La puissance des ventilateurs existants n'était pas utilisée efficacement.

• Les performances de refroidissement n'avaient pas été quantifiées par des mesures de température et de débit d'air.

• Le système de refroidissement frigorifique proposé représentait un investissement en capital d'environ 55 000 $.

• La réfrigération engendrerait également une consommation d'énergie supplémentaire, des exigences de maintenance accrues et une complexité du système accrue.

L’objectif était de déterminer si les performances de refroidissement requises pouvaient être atteintes grâce à un système de flux d’air mieux conçu avant d’engager des dépenses d’investissement importantes.

SOLUTIONS D'INGÉNIERIE

01 | ÉVALUATION DES PROCESSUS EXISTANTS

Comprendre la véritable limite de refroidissement

L'étude comprenait :

• État du produit après cuisson

• Chargement et répartition des produits sur les plateaux

• Dimensions et espacement des plateaux

• Configuration du rack

• Cycle de refroidissement existant

• Température ambiante

• Température du produit pendant le refroidissement

• Emplacements et capacité des ventilateurs existants

• Voies de circulation d'air autour et à travers les racks

• Variation de température entre les positions des plateaux

Cela a permis d'établir une base de référence mesurable et d'identifier les zones de perte de performance en matière de refroidissement.

L'évaluation a montré que le simple ajout d'air froid ne résoudrait pas nécessairement le problème sous-jacent. Il était d'abord nécessaire que le flux d'air disponible soit correctement réparti sur le produit.

02 | ANALYSE DU PRODUIT ET DE LA TEMPÉRATURE

Détermination des besoins réels en refroidissement

Les températures des produits ont été mesurées tout au long du cycle de refroidissement afin de comprendre comment la chaleur était évacuée et comment les performances de refroidissement variaient sur l'ensemble du rack.

L'analyse a porté sur :

• Température initiale du produit

• Vitesse de refroidissement au fil du temps

• température cible du produit

• Variation de température entre les plateaux

• Variation de température entre les positions supérieure, moyenne et inférieure du rack

• Effet des conditions ambiantes

• Temps de refroidissement requis pour l'étape de production suivante

Cela a permis de définir les besoins en refroidissement à partir de données de processus réelles plutôt que d'hypothèses.

03 | ÉTUDE DES FLUX D'AIR

Déterminer où la capacité des ventilateurs était perdue

La configuration existante des ventilateurs a été étudiée afin de déterminer comment l'air circulait réellement autour et à travers les rayonnages chargés.

L'évaluation comprenait :

• Volume d'air

• vitesse de l'air

• capacité de pression statique du ventilateur

• résistance du rack

• Espacement des plateaux

• exposition du produit au flux d'air

• Circulation d'air autour du rack

• zones de recirculation

• Zones de faible débit et zones mortes

• Différences de flux d'air entre les niveaux du plateau

L'étude a démontré que la distribution de l'air était le principal facteur limitant les performances de refroidissement.

Une part importante de la capacité de ventilation disponible ne contribuait pas efficacement au refroidissement du produit, car le flux d'air n'était pas dirigé à travers chaque niveau de plateau.

04 | CONCEPTION DE SYSTÈMES DE DISTRIBUTION D'AIR SUR MESURE

Transformer l'analyse en une solution physique

Sur la base d'une étude des flux d'air et de la température, ExtremeTech a conçu un nouveau système de distribution de ventilateurs spécifiquement adapté à la configuration des racks et des plateaux.

La solution visait à diriger un flux d'air utile directement vers le produit au lieu de simplement augmenter la circulation générale de l'air dans la zone.

Le design comprenait :

• Sélection de la capacité de ventilateur appropriée

• Positionnement optimisé du ventilateur

• volets d'air directionnels

• Déflecteurs de distribution d'air

• Panneaux de guidage du flux

• Dispositifs permettant de réduire le contournement du flux d'air

• Meilleure répartition entre les niveaux des plateaux

• Éléments de flux d'air réglables pour l'équilibrage

• structures de support et de montage mécaniques

La conception a permis de créer un flux d'air contrôlé qui dirigeait l'air vers chaque plateau de l'étagère, améliorant ainsi considérablement l'utilisation de la puissance de ventilation disponible.

05 | FABRICATION ET INSTALLATION

Fournir la solution technique

ExtremeTech ne s'est pas arrêté à l'étude d'ingénierie.

Le projet a progressé de l'analyse et de la conception à la fabrication, l'installation et la mise en œuvre de la mise à niveau du système de refroidissement physique.

Le système livré comprenait :

• Assemblages de ventilateurs

• structures de montage de ventilateurs

• Volets directionnels

• Déflecteurs de distribution d'air

• Panneaux de guidage d'air

• Supports mécaniques

• Composants de direction du flux

• Positionnement et ajustement sur site

• Intégration au processus de production existant

Cela a permis de transformer le concept d'ingénierie en une solution de production pratique sans nécessiter de modifications majeures de l'agencement existant de l'usine.

06 | ÉQUILIBRAGE ET MISE EN SERVICE DU FLUX D'AIR

Répartir l'air correctement sur chaque plateau

Après son installation, le système de ventilation a été mis en service et réglé en conditions réelles d'exploitation.

Le travail comprenait :

• Réglages de positionnement du ventilateur

• Vérification de la direction aérienne

• Réglage du volet et du déflecteur

• Réduction du débit d'air de dérivation

• Élimination des zones à faible débit

• Amélioration de la circulation de l'air dans les plateaux supérieur, intermédiaire et inférieur

• Équilibrage du flux d'air entre les positions du rack

• Vérification que l'air a traversé la zone du produit plutôt que de la contourner.

Cette étape de mise en service a permis de s'assurer que la capacité du ventilateur installé était convertie en un refroidissement efficace et uniforme du produit.

07 | TESTS ET VALIDATION DES PROCÉDÉS

Confirmation du résultat en conditions de production

Le système finalisé a été testé en production normale afin de vérifier que l'amélioration du flux d'air permettait d'atteindre les performances de refroidissement requises.

La validation comprenait :

• surveillance de la température du produit

• Mesure du temps de refroidissement

• Comparaison entre les positions des plateaux

• Température du produit final

• uniformité du refroidissement

• Couverture du flux d'air

• Répétabilité entre les lots

• Observation de la qualité des produits

Des ajustements ont été effectués jusqu'à ce que le système produise des performances stables et reproductibles.

La configuration finale a permis d'obtenir avec succès le résultat de refroidissement requis grâce à une circulation d'air ambiant optimisée plutôt qu'à une réfrigération mécanique.