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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES

CAHIER DES CHARGES DE L’AUTOMATISATION DU SYSTÈME D E PRÉPARATION DE LA COLLE

PROJET D’ÉTUDE EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU PROGR AMME DE BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLECTROMÉCANIQUE

Présenté par : Omar Zeiddar Bencheikh,

Sami El Kerouani

Superviseur : Walid Ghie, Ph.D., ing. jr., Professeur, UQAT

Représentant industriel : Jean François Rivet, surintendant TEMLAM division Ville-Marie

ÉTÉ 2008

PFE: Cahier des charges d’automatisation du système de préparation de la colle

Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page ii

Remerciements

Nos vifs remerciements et notre profonde gratitude iront :

- Au professeur Walid Ghie pour son aide, sa disponibilité et son dévouement. Nous retiendrons ses conseils précieux et tout le savoir qu’il nous a transmis.

- À M Jean-François Rivet notre représentant industriel pour son soutient, sa disponibilité et la précision des informations qu’il nous a fournis tout au long du projet.

- À Temlam Inc division Ville-Marie pour nous avoir permis de participer à un projet aussi prometteur.

- Aux professeurs : o Guyh Dituba Ngoma, o Tikou Bélem, o Marin Éne o Jean-Jacques Beaudoin

Pour leurs conseils et le temps qu’ils nous ont accordé.

- À tous les membres du département du génie, qui ont participé directement ou

indirectement à l’aboutissement de ce projet.

- À nos familles pour leurs soutient tout au long de ces années.


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page iii

Résumé

Notre projet de fin d’étude a été développé en collaboration avec l’entreprise Temlam.Inc, Division Ville Marie.

Le mandat qui nous a été attribué consiste à définir un cahier des charges pour l’automatisation du système de préparation de la colle. Les opérations de préparation de la colle sont actuellement effectuées manuellement. Cette manière de faire nécessite l’intervention d’un opérateur à raison de dix fois par jour.

La manipulation de produits volatils, base de la préparation, dégage une poussière qui contamine l’environnement de travail et met ainsi en danger la santé de l’opérateur.

Nous avons étudié plusieurs solutions basées sur des techniques de dosage différentes. Un bilan, faisant ressortir les avantages et les inconvénients, des différentes solutions a été présenté au client.

Temlam.Inc, division ville Marie a opté pour la solution la plus avantageuse, suite a une présentation qui lui en a été faite, à savoir :

- Le maintien de la balance, utilisée actuellement pour le dosage des composants de la préparation.

- Le maintien des installations et du réseau support des produits liquides. - L’automatisation du fonctionnement du système d’alimentation en liquide. - L’installation d’un dispositif simple composé :

o De trois réservoirs montés sur une structure métallique pour recevoir les produits solides.

o D’un système de vis sans fin destiné à acheminer les produits vers le malaxeur.

Cette solution permettra :

- Une autonomie d’une durée au moins égale à un quart de travail. - La libération de l’opérateur pour d’autres tâches au sein de la ligne de

production.

Compte tenu de la situation actuelle du marché du bois, les entreprises opérant dans ce domaine appréhendent l’avenir avec beaucoup de réserve.


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page iv

Temlam.Inc, division Ville Marie a fait le meilleur choix en optant pour cette solution qui, générera certainement, à cours terme un retour sur investissement positif, aussi bien en terme de trésorerie qu’en terme de la préservation de la santé et de l’environnement.

Ce projet nous à permis de mettre en applications les diverses connaissances acquises tout au long notre cursus universitaire. Il a été pour nous une expérience très enrichissante tant sur le plan technique, que relationnel et a été pour nous une passerelle vers le monde professionnel.


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page v

Abstract

Our final project was developed with the company Temlam.Inc, division Marie city. The mandate allotted to us consists in defining a schedule of conditions of the automation of the system of preparation of the adhesive. Currently, the operation is manually made which requires the presence of an operator (since the task is made on average ten times per day) which exposes him to danger considering that the granulous products generate a dusty atmosphere during their handling. We studied several solutions basing each one on an assay technique.

After making an assessment of the advantages and disadvantages, we adopted the solution of using a balance which was proposed by the customer. This solution is advantageous especially because a balance is already placed in the lower part of the mixer and there will be no need to install a new one.

The solution uses three tanks as well as a structure that will support them; each one of these three tanks contains one of the three solid products which will be ushered to the mixers by using screw conveyors. The existing installations for the liquid products will be maintained, they however will be actuated automatically by a programmable automat.

This solution will give a one duration autonomy at least equal to a quarter of work, which will make it possible to release the operator for other tasks within the production line. We also made an economic study relating to the profitability of the project. Taking into account the actual socio-economic situation of the wood market and the rather frequent stops of production that the company knows, it would be very advantageous to invest in this type of system especially as the time of recovery of the capital is very weak. It will also reduce the professional disease risk.

This project has allowed us to apply various knowledge that we have acquired at the time of our university advance. It was a very rich experiment for us on a technical as well as a relational basis and even personal one. The project will be for us a footbridge for the professional world.


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page vi

Table des matières Remerciements............................................................................................................................ ii

Résumé ...................................................................................................................................... iii

Abstract ...................................................................................................................................... v

Introduction ................................................................................................................................ 1

CHAPITRE 1 : ÉTUDE DES BESOINS ET MANDAT .............................................................. 2

1.1 Description de l’entreprise................................................................................................. 3

1.2 Description du procédé ..................................................................................................... 4

1.3 Problématique ................................................................................................................... 5

1.4 Description du mandat ...................................................................................................... 7

1.5 Hypothèses et contraintes ................................................................................................. 7

CHAPITRE 2 : SOLUTIONS ENVISAGEABLES ..................................................................... 9

2.1 Techniques de dosage ..................................................................................................... 10

2.2 Solution 1 : pesée avec balance ....................................................................................... 12

2.3 Solution 2 : Dosage avec débitmètres .............................................................................. 14

2.4 Étude comparative .......................................................................................................... 16

2.5 Optimisation de la solution .............................................................................................. 17

CHAPITRE 3 : DIMENSIONNEMENT DE LA SOLUTION ................................................................. 22

3.1 Étude de la structure ....................................................................................................... 23

3.1.1 Étude du flambement ............................................................................................... 24

3.1.2 Étude de flexion ........................................................................................................ 27

3.2 Étude des réservoirs ........................................................................................................ 32

3.3 Sélection de la vis sans fin ................................................................................................ 36

3.4 Choix du palan électrique ................................................................................................ 41

3.5 Capteur de viscosité ........................................................................................................ 43

3.6 Vannes ............................................................................................................................ 43

3.7 Automate et procédé ...................................................................................................... 44

3.7.1 Détails du procédé et grafcet de niveau 1 ................................................................. 46

CHAPITRE 4 : RETOUR SUR INVESTISSEMENT ............................................................................. 49

4.1 Santé et sécurité .............................................................................................................. 50

4.2 Estimations des coûts ...................................................................................................... 52


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page vii

4.2 Délai de récupération du capital ...................................................................................... 55

4.3 Valeur actuelle nette (VAN) ............................................................................................. 56

Conclusion ................................................................................................................................ 58

Recommandations .................................................................................................................... 59

Bibliographie ................................................................................................................................ I

Annexe A.................................................................................................................................... III

Annexe B .................................................................................................................................. XIII

Annexe C ................................................................................................................................. XVI

Annexe D ................................................................................................................................XVII


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page viii

Liste des tableaux :

Tableau 1. 1 Recette originale ..................................................................................................... 6

Tableau 1. 2 Recette #1 ............................................................................................................... 6

Tableau 1. 3 Recette #2 ............................................................................................................... 6

Tableau 2. 1 Avantages et inconvénients ................................................................................... 11

Tableau 2. 2 Tableau de pondération ........................................................................................ 17

Tableau 3. 1 Autonomie des réservoirs ...................................................................................... 33

Tableau 3. 2 Contraintes dans la partie conique du réservoir ..................................................... 35

Tableau 3. 3 Puissance requise pour les vis sans fin ................................................................... 38

Tableau 3. 4 Poids des sacs ........................................................................................................ 41

Tableau 3. 5 Liste des entrées de l'automate ............................................................................. 44

Tableau 3. 6 Listes des sorties de l'automate ............................................................................. 45

Tableau 4. 7 Tableau des estimations ........................................................................................ 54

Tableau 4. 8 Calcul du délai de récupération actualisé ............................................................... 55

Tableau 4. 9 Détails de calcul de la VAN .................................................................................... 57


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page ix

Liste des figures :

Figure 1.1 Exemple de panneau LVL ............................................................................................ 3

Figure 1.2 Feuille ayant traversé le rideau de colle ...................................................................... 4

Figure 1.3 Presse hydraulique pour l'assemblage......................................................................... 5

Figure 1. 4 État actuel de la structure .......................................................................................... 8

Figure 2. 1 A: débitmètre massique, B: capteur électrostatique, C: capteur ultrasonique, D:

balance ..................................................................................................................................... 11

Figure 2. 2 A : Croquis partie intérieur du réservoir B : Partie intérieure du réservoir ................ 12

Figure 2. 3 Croquis de la pesée avec balance ............................................................................. 13

Figure 2. 4 Vidage de la pesée et transport vers le malaxeur ..................................................... 13

Figure 2. 5 Croquis du réservoir avec débitmètres en sortie des cylindres ................................. 14

Figure 2. 6 Croquis du transport de la pesée au malaxeur .......................................................... 15

Figure 2. 7 Chambre d'opérations actuelle ................................................................................ 17

Figure 2. 8 Palan électrique ....................................................................................................... 18

Figure 2. 9 Première solution avec vis sans fin ........................................................................... 19

Figure 2. 10 Solution avec structure indépendante .................................................................... 21

Figure 3. 1 Structure étudiée ..................................................................................................... 23

Figure 3. 2 Flambement des poutres (latéral et arrière) ............................................................. 24

Figure 3. 3 Étude de flambement .............................................................................................. 26

Figure 3. 4 Étude de flambement avec un maillage plus fin........................................................ 27

Figure 3. 5 Schéma de la poutre en flexion ................................................................................ 28

Figure 3. 7 Schéma du mécanisme B ......................................................................................... 28

Figure 3. 8 Schéma du mécanisme C ......................................................................................... 28

Figure 3. 9 Schéma du mécanisme D ......................................................................................... 28

Figure 3. 6 Poutre en H utilisée .................................................................................................. 29

Figure 3. 10 Étude de flexion ..................................................................................................... 31

Figure 3. 11 Mise en plan du réservoir ....................................................................................... 32

Figure 3. 12 Étude du réservoir.................................................................................................. 33

Figure 3. 13 Simulation du réservoir .......................................................................................... 36

Figure 3. 14 Vis sans fin choisie ................................................................................................. 39

Figure 3. 15 Sortie du réservoir puis transport à l'aide d'une vis sans fin jusqu'au malaxeur ...... 40

Figure 3. 16 Palan électrique choisi ........................................................................................... 42

Figure 3. 17 Grafcet de niveau 1 du procédé ............................................................................. 47 Figure 4. 1 Estimation budgétaire Omron .................................................................................. 53


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page 1

Introduction

La finalité de ce projet est d’automatiser de façon facile et simple le procédé de préparation de la colle afin :

- D’alléger les tâches des employés. - De prévenir les maladies causées par la manipulation des produits. - De préserver l’environnement. - De libérer des ressources pour d’autres actions à valeur ajouté. - D’optimiser la production.

Ce projet permettra également à Temlam d’optimiser sa méthode de travail, d’augmenter son efficacité, sa production et surtout d’assurer une protection aux employés. Le procédé de fabrication de la colle met l’opérateur en contact direct avec des produits chimiques et parfois mêmes toxiques (résine, farine de blé, poussières de Co-cob, bicarbonate de soude) qui peuvent constituer sans doute un danger potentiel pour sa santé à long terme.

Nous visons à travers cette étude de mettre en application les connaissances techniques et théoriques. Pour obtenir des résultats précis et concis, nous aurons recours aux logiciels d’ingénierie tels qu’Algor, Matlab, Solidworks, Automation Studio et autres. Le projet sera accompagné d’une étude économique permettant à notre client d’évaluer la rentabilité du projet ainsi que son temps de récupération de capital.



CHAPITRE 1 : ÉTUDE DES BESOINS ET MANDAT



Ce premier chapitre présente l’entreprise, son historique et ses activités. Il précise également les différentes étapes du procédé. La présentation du mandat en constitue la conclusion.

1.1 Description de l’entreprise L’entreprise-client de ce projet est la compagnie forestière TEMBEC Inc. Au sein

de cette entreprise on retrouve plusieurs divisions : produits de bois, pâtes et papiers, cartons et produits chimiques. Le projet s’est déroulé au sein de la division Temlam, qui fait partie du groupe de produits de bois de Tembec.

Tembec a été crée en 1973 à Témiscaming, suite à la fermeture par une autre compagnie de l’usine de papier de la ville. Les employés ont renoncé à perdre leur gagne pain et se sont mobilisés, Tembec a donc vu le jour. Aujourd’hui la compagnie compte environ huit mille employés, une cinquantaine d’usines et son chiffre d’affaires se situe autour des 3.5 milliards de dollars. La Compagnie commercialise ses produits à l'échelle internationale et possède des bureaux de représentation commerciale au Canada, aux États-Unis, au Royaume-Uni, en Suisse, en Chine, en Corée, au Japon et au Chili.

La division Ville-Marie de Temlam a été créée en 2001 et elle est le fruit d’une alliance 50/50 entre Tembec et SGF Rexfor. Temlam fabrique les poutres en placages de bois lamellés (LVL – Laminated Veneer Lumber).

Ces poutres sont des produits d’ingénierie conçus spécialement pour des applications structurales aussi bien en construction résidentielle et commerciale.

Figure 1.1 Exemple de panneau LVL



1.2 Description du procédé

L’usine produit essentiellement des poutres LVL. La première étape du procédé de production consiste à la réception les troncs d’arbres acheminés par camions. Les troncs sont d’une longueur de 40 pieds mais découpés en morceaux de 9 pieds. La deuxième étape du procédé consiste en un écorçage du bois. Le bois reçu passe par un écorceur pour en retirer les écorces. Ces écorces vont être récupérés et séchées par de la vapeur d’eau dans une centrale thermique.

Une fois le bois traité et les écorces retirées, seul le bois dont le diamètre est supérieur à 7 pouces sera retenu, le reste sera broyé et récupéré par l’entreprise Tembec sous forme de copaux. L’entreprise développe actuellement une méthode permettant la récupération de ces copaux. Les troncs retenus sont acheminés par flottaison jusqu’à la prochaine étape où ils seront tronçonnés et réduit à des billes de 52 pouces. Cette étape est entièrement automatisée depuis octobre 2005.

Les billes obtenus seront par la suite déroulées en ruban de 1/8 de pouces d’épaisseur et découpées avec un couteau rotatif en feuilles de 52 pouces de largeur. Les feuilles sont empilées en paquets humides de 190 feuilles chauffés à 170°C dans un séchoir. S’en suit à présent la partie du procédé concernée par le projet. Un rideau de colle est ensuite étalé sur chacune des feuilles (figure 1.2) avant de passer le tout dans une presse chaude afin d’en faire un paquet solide. Les paquets seront par la suite coupés selon les dimensions requises dépendamment de la demande du client.

Avant le pressage et le collage à l’aide des presses hydrauliques, les lamelles subissent une autre opération de triage pour détecter le taux d’humidité permis, les plaques qui ne respectent pas cette condition sont réexpédiées à l’étape précédente de séchage.

Figure 1.2 Feuille ayant traversé le rideau de colle



Une fois sorties des presses (figure 1.3), les plaques lamellées-collées sont stabilisées et envoyées vers un autre département, où elles sont ensuite taillées et emballées sous un film opaque anti-UV pour les protéger de la poussière et les expositions au climat extérieur.

Figure 1.3 Presse hydraulique pour l'assemblage

Le projet consiste à mener une étude de faisabilité et a établir un cahier des charges de l’automatisation du procédé de fabrication de la colle. Le procédé se fait actuellement de façon manuelle, l’operateur mesure la masse de chacun des ingrédients et les injectent dans un malaxeur. Le but du projet est de libérer l’operateur de sorte à ce qu’il puisse effectuer d’autres tâches et de diminuer ses risques de maladies.

1.3 Problématique

A Temlam division Ville Marie, la demande actuelle de colle est d’environ 6000kg par jour, soit dix lots de 600 kg. Les operateurs doivent préparer la colle dix fois par jour. Chaque quart de travail dure douze heures, il faut compter cinq lots par quart de travail. Il existe trois recettes différentes, différenciée uniquement par le dosage des produits. Voici à présent les recettes fournies par le client. La préparation commence par l’ajout des produits liquides (eau et résine) ensuite les produits solides sont ajoutés dans l’ordre suivant :

1. CoCob 2. Farine de blé 3. Soda



Le mélange est malaxé pendant vingt minutes avant que l’ajout des liquides pour corriger la viscosité des mélanges.

Tableau 1. 1 Recette originale

ORIGINAL

INGREDIENTS (600 Kg)

Nb de bach/ jour = 10 EAU 45,4

454

CASCOPHEN 222

2220 CO COB 51,5

515

FARINE 29,5

295 SODA Ash 11,5

115

MELANGER 20 MINUTES BORDEN 222

2220 EAU 18,18

181,8

total colle (kg)/ jour = 6000,8

Tableau 1. 2 Recette #1

# RECETTE 1



504

CASCOPHEN 222

2220 CO COB 51,5

515

FARINE 24,5

245 SODA Ash 11,5

115


2220 EAU 18,18

181,8

total colle (kg)/ jour = 6000,8

Tableau 1. 3 Recette #2

# RECETTE 2



549

CASCOPHEN 222

2220 CO COB 51,5

515

FARINE 20

200 SODA Ash 11,5

115


2220 EAU 18,18

181,8

total colle (kg) / jour 6000,8

Demande

quotidienne

Demande

quotidienne

Demande

quotidienne



La pesée des ingrédients se fait à la pelle à l’aide d’une balance. Ces conditions d’opérations mettent l’opérateur en contact avec des ingrédients de nature volatile peut être même toxique et peuvent mettre sa santé en danger à long terme. Sans oublier l’imprécision au niveau de la mesure du poids des produits ainsi que l’atmosphère poussiéreuse créée.

1.4 Description du mandat

Le mandat imposé par le client de livrer un cahier des charges pour l’automatisation du système de préparation de la colle. L’attente du client consiste en une solution permettant à l’opérateur de modifier les recettes autant de fois qu’il le souhaite. Le client impose une limitation budgétaire de l’ordre de 60.000 $ et un retour sur investissement à court terme.

1.5 Hypothèses et contraintes

Il existe une restriction à la solution, puisqu’elle doit s’adapter à l’espace disponible soit 57,8��. Nous prenons comme restriction pour ce projet qu’il faut uniquement traiter le cas des ingrédients solides (CoCob, soda et farine de blé). Pour le reste des ingrédients liquides soit, l’eau et la résine, les installations actuelles (réservoirs et pompes) seront maintenues.

Les principales contraintes auxquelles il faudra faire face, sont les restrictions budgétaires imposées par le client et le respect de l’espace disponible. Il existe également un aspect très important dont il faut tenir compte ; il s’agit de la résistance de la structure de la chambre. Il est impératif de s’assurer que le plancher pourra supporter le poids du matériel qui y sera installé. L’image suivante (figure 1.4) donne un aperçu de la situation actuelle de la chambre, il est possible de voir les ingrédients solides stockés a même le plancher.



Figure 1. 4 État actuel de la structure

Le prochain chapitre va présenter les solutions qu’il est possible d’envisager pour la problématique en question.



CHAPITRE 2 : SOLUTIONS ENVISAGEABLES



Nous allons, dans ce chapitre, proposer diverses solutions à la problématique introduite précédemment. Nous allons également présenter les différents avantages et inconvénients de chacune des solutions pour finalement en retenir la plus appropriée et qui respecte au mieux nos restrictions en termes de coût, temps et qualité.

L’étape la plus importante du procédé et sans doute le dosage (la pesée) des ingrédients. Ce sont les différentes méthodes de pesée qui vont conduire à différentes solutions. Gardant à l’esprit que les installations des produits liquides existantes sont maintenues.

2.1 Techniques de dosage

Les techniques pour doser les produits en milieu industriel sont très diverses, compte tenu de la nature de nos ingrédients et du budget imposé par le client, nous pouvons envisager les techniques suivantes :

• Dosage en utilisant la variation de niveau (capteurs de niveau pour solides granuleux) ;

• En utilisant le débit (capteurs de débits massique) ;

• En utilisant le poids (balances).

Les techniques suivantes sont toutes très présentes dans les milieux industriels (figure 2.1), le choix de la technique à utiliser va essentiellement dépendre des critères suivants :

� Santé et sécurité ; � Propriétés physique et chimique du produit ; � Conditions de stockage ; � Facilité d’implantation ; � Type de signal de mesure ; � Grandeur mesurée ; � Précision souhaitée ; � Coût.



Le Tableau suivant présente les avantages et les inconvénients de chacun de ces capteurs :

Tableau 2. 1 Avantages et inconvénients

Type de capteurs Avantages Inconvénients Capteur de niveau électromécanique

(B)

-simplicité -grande plage de mesure -mesure de niveau liquide et solide

-imprécision due à la non-homogénéité de la surface du produit -prix élevé -effet d’arche peut fausser la mesure

Capteur de niveau ultrasonique

(C)

-grande précision -précis, robuste, fiable

-prix très élevé -surface non homogène

Débitmètre massique (A)

-espace réduit -exige absence de bulle d’air formée dans le liquide ou le solide granuleux

- débit pas forcément constant. -doit se baser sur le temps pour déterminer la masse écoulée -peut être affecté par les vibrations des autres machines

Balance (D)

-mesure exacte et précise de la masse qui va aller dans le malaxeur -une balance est déjà présente en dessous du malaxeur

-étape additionnelle dans le procédé. -espace occupé

(A)

(B)

(C)

(D)

Figure 2. 1 A: débitmètre massique, B: capteur électrostatique, C: capteur ultrasonique, D: balance



D’après les avantages et inconvénients présentés, il est préférable de développer deux solutions de niveaux différents. Une solution à plus haut niveau se basant sur un dosage à l’aide d’une balance permettant d’avoir la masse exacte des ingrédients qui seront injectés dans le malaxeur ainsi qu’une solution de moyen niveau reposant sur un débitmètre massique.

La mesure par palpeurs est écartée étant donné la nature des produits et les imprécisions de la surface pendant que les réservoirs se vident. Cette technologie peut néanmoins être utilisée pour témoigner du niveau de remplissage des bacs et en avertir l’operateur.

2.2 Solution 1 : pesée avec balance

Les ingrédients solides sont placés dans un réservoir commun divisé en trois parties permettant d’isoler les produits (figure 2.2). Chaque section contient au fond du réservoir une vis sans fin. Cette vis permettra d’extraire l’ingrédient du réservoir et le diriger vers le doseur pour la pesée. En jouant sur la vitesse de rotation de l’axe de la vis, il est possible d’augmenter la précision du dosage.

Figure 2. 2 A : Croquis partie intérieur du réservoir B : Partie intérieure du réservoir

L’opération est identique pour chacun des ingrédients. La vis sans fin vide

progressivement les ingrédients dans un petit récipient sous lequel est placée une balance en S fonctionnant en compression (figure 2.3). Une fois les 80% du poids souhaité est atteint il est possible de réduire la vitesse de rotation du moteur commandant les vis sans fin pour augmenter ainsi la précision de la pesée et ne pas dépasser le poids souhaité.

A B



Afin d’éviter l’atmosphère poussiéreuse il est possible d’envisager un guide en toile placé de la bouche du cylindre (contenant la vis sans fin) jusqu’au récipient de sorte à guider les ingrédients et à éviter la poussière.

Figure 2. 3 Croquis de la pesée avec balance

La dernière étape du procédé consiste à verser les ingrédients dans le malaxeur. Pour ce faire il faut tout d’abord vider les récipients et diriger le contenu vers le malaxeur. Nous avons opté, pour garder une atmosphère non poussiéreuse et aussi pour un aspect d’homogénéité d’utiliser de nouveau une vis sans fin pour le transport de ces ingrédients. Comme dans les étapes antérieures un cylindre contenant une vis sans fin sera placée de sorte à accueillir le contenant du récipient et de le diriger vers le malaxeur.

Le cylindre sera muni d’une ouverture assez large pour que tout le contenu du récipient entre dans le cylindre. Encore une fois, il est possible de prévoir une bâche en toile reliant le récipient et l’ouverture de cylindre pour éviter la poussière.

Figure 2. 4 Vidage de la pesée et transport vers le malaxeur



Cette solution présente un avantage clef, la précision de la pesée. En mesurant

la masse directement à l’aide d’une balance, la précision dans le dosage est garantie, la masse de chaque ingrédient se dirigeant au malaxeur est parfaitement connue. De plus toute l’instrumentation est réduite à un seul capteur qui est la balance. L’inconvénient de cette solution est sans aucun doute l’encombrement, il est nécessaire d’allouer un espace pour la balance et de développer un petit système mécanique pour vider le récipient de pesée.

La solution se basant sur un dosage avec balance présente de nombreux avantages, tout d’abord l’instrumentation est réduite à un seul capteur qui est la balance. Il est possible d’utiliser une balance en forme de S travaillant en compression très utilisée en industrie.

2.3 Solution 2 : Dosage avec débitmètres

Il est possible de résoudre le problème en utilisant des débitmètres massiques. Cette solution présente un avantage très important au niveau de l’encombrement, contrairement à la solution précédente, il n’est pas nécessaire de réserver un espace pour la balance. Le procédé économise ainsi une étape, il est donc plus simple et plus rapide. La structure reste très semblable à celle de la solution précédente, il est possible de garder le même réservoir avec les trois vis sans fin. Les trois cylindres de sortie seront cette fois allongés de quelque centimètre pour placer les débitmètres (figure 2.5).

Figure 2. 5 Croquis du réservoir avec débitmètres en sortie des cylindres



La deuxième et dernière étape serait de recueillir directement les produits des trois cylindres et de les diriger directement dans l’ouverture du quatrième cylindre pour les conduire au malaxeur, encore une fois le dernier cylindre peut être identique à celui utilisé pour la solution précédente (figure 2.6).

Figure 2. 6 Croquis du transport de la pesée au malaxeur

Cette solution peut être très avantageuse au niveau de l’encombrement,

toutefois ce n’est pas la masse mais le débit massique. La solution peut être appliquée toutefois dans ce cas ; toutefois ce n’est pas sûr que le débit soit toujours constant. Si l’ont se base sur le débit massique et sur le temps, des erreurs peuvent se produire. L’humidité dans la salle peut solidifier certains ingrédients ou encore il se peut qu’un pas de la vis sans fin passe sans contenir d’ingrédient. Ces aspects peuvent fausser la mesure.

Compte tenu des arguments présentés, il est possible d’établir une étude

comparative de sorte à choisir l’approche qu’il faudra par la suite étudier, développer et modéliser.

Reste à présent à confronter le choix d’une solution à développer. La solution doit absolument tenir compte de l’espace disponible, de l’application (propriétés physiques et chimiques des ingrédients, environnement, etc.). Pour cela, une série de critères a été dressées pour nous permettre de comparer les deux solutions et de faire un choix judicieux.



2.4 Étude comparative

A première vue, une solution utilisant des débitmètres massiques serait très avantageuse puisqu’elle peut nous éviter l’étape de la pesée. Toutefois avant d’envisager cette solution, il faudrait répondre aux questions suivantes :

� Y a-t-il une possibilité de mesurer la masse écoulée et non le débit massique ?

� Pouvons-nous nous baser uniquement sur le temps ? Le débit est-il toujours constant ?

� Quelle est la précision de la mesure pour une telle application ? � Une erreur dans la pesée de quelques grammes voir de quelques

kilogrammes peut-elle affecter considérablement la recette ? � Les vibrations dans la chambre peuvent-elle affecter les appareils de

mesure ? � Quel est le coût de cette solution ?

Dans le cas ou on envisage d’utiliser une mesure du poids à l’aide d’une balance,

ce qui garantira des recettes réussies, il faudrait également répondre aux questions suivantes:

� Les balances sont-elles affectées par les vibrations? � La méthode impose-t-elle nécessairement une étape supplémentaire dans le procédé ? � Quelle est la précision de mesure pour cette application ? � Quelle est le coût de cette installation ? � Pouvons-nous, à l’aide cette approche, réduire l’instrumentation et donc le cumul d’erreurs de mesure ? Le tableau de pondération nous permet de trancher parmi les deux solutions

et d’en retenir la plus avantageuse. Après nombreuses discussions avec notre superviseur et en privilégiant les critères qui paraissent nous pouvons accorder une pondération a chacun des critères.



Tableau 2. 2 Tableau de pondération

Méthode Prix Encombrement Précision

du dosage

Affectation par les

vibrations

Complexité du procédé total

30% 30% 20% 10% 10%

Mesure à partir du

débit 15 25 10 3 8 61%

Mesure du poids

directement 25 20 15 8 5 73%

La solution retenue est donc la solution avec balance. Il faut suite à cela essayer

d’optimiser cette solution et réduire au maximum les inconvénients.

2.5 Optimisation de la solution Compte tenu de la situation actuelle dans l’usine (espace disponible, hauteur de la salle etc.), la solution retenue présente certains défis techniques. Un détail remarqué lors des visites qui peut être d’une aide capitale est la présence d’une poutre en I dans la chambre.

Figure 2. 7 Chambre d'opérations actuelle

Poutre en I



Il serait très intéressant d’utiliser cette poutre, pour y placer un palan électrique qui permettra à l’operateur de charger les réservoirs (figure 3.2).

Figure 2. 8 Palan électrique

Etant donné qu’actuellement il existe déjà une balance qui mesure le poids du malaxeur, il est possible d’utiliser directement cette balance et réduire d’une étape la procédure qui a été suggérée. Actuellement l’operateur verse directement les ingrédients dans le malaxeur et lit le poids accumulé sur un afficheur. Lorsque la dose est atteinte et qu’il faut mettre un autre produit, l’opérateur appuis sur un bouton qui permet de considérer le poids déjà accumulé comme « 0 ». L’opérateur accumule donc le dosage nécessaire du produit suivant.

Il s’agit juste d’éviter à l’operateur de tenir compte du poids total accumulé dans le malaxeur. Toute cette procédure peut être prise en charge ultérieurement par l’automate, il est donc judicieux d’utiliser la balance actuelle, cela diminuera les coûts et l’espace utilisé. Sachant qu’en libérant l’espace, il est possible d’augmenter la dimension des réservoirs et bénéficier ainsi de plus d’autonomie.

Cette option écarte le problème de dosage, il reste à acheminer les produits à partir des réservoirs vers le malaxeur. Pour pourvoir utiliser la poutre, les réservoirs doivent forcément être en dessous. Plusieurs solutions de transport sont possibles, convoyeur à bandes, convoyeur à raclettes, convoyeur a vis en auge, il existe actuellement même des vis sans fin flexible. Dans ce cas, nos principaux critères de sélections sont :

� Transport sans poussière ; � Possibilité de doser (réglage du débit) ; � Encombrement ; � Coût.



L’option du transport avec une vis sans fin est retenue. Cette méthode est très utilisée dans les domaines agro-alimentaires et miniers. Le fait que la vis soit enfermée dans un cylindre permet un transport sans poussières et la réduction de la vitesse de rotation de l’arbre de la vis permet de régler le débit de sortie des ingrédients. De cette façon lorsque le poids souhaité est atteint à environ 80%, il est possible de réduire la vitesse de sorte à ne pas dépasser la masse souhaitée et avoir des recettes réussies.

Une première solution qui respecte tout les critères introduits est représentée par la suivante (figure 2.9) :

Figure 2. 9 Première solution avec vis sans fin

Cette solution respecte parfaitement tous les critères énoncés, le transport se fait sans poussières, il est également possible de contrôler le débit de sortie des produits et la solution peut s’avérer relativement peu coûteuse.



L’opérateur peut utiliser un palan électrique pour charger les réservoirs et tout l’espace au milieu de la chambre peut être utilisé pour d’autres applications.Toutefois si dans les conduites de liquides voir même de gazes, il faut éviter les coudes, il n’en est pas moins nécessaire pour celles avec des grains ou des poudres. La présence de coudes peut effectivement produire la rupture des tuyauteries ou un blocage au niveau de l’écoulement des produits.

Il est possible de remédier à ce problème en inclinant les vis sans fins et en les orientant directement vers le malaxeur, mais il ne faut pas oublier qu’il faudra coupler les vis à des moteurs. La vitesse des moteurs sera probablement très grande par rapport à la vitesse souhaitée, il faudra donc penser à des réducteurs de vitesse. En allouant l’espace nécessaire au trois moteurs ainsi qu’aux réducteurs de vitesse, cette solution se complique considérablement, sans oublier que les réservoirs sont condamnés de rester en dessous de la poutre de sorte à utiliser un palan électrique.

Plusieurs compagnies, un peu partout dans le monde ont développé des vis sans fin flexibles, spécialement pour les industries agro-alimentaires et pharmaceutiques. L’utilisation de ce type de vis pourrait résoudre ce problème, sauf que du point de vu économique cette solution s’avère très couteuse.

Pour condamner les coudes, il faut absolument déplacer les réservoirs de sorte à ce que les vis sans fins soient directement orientées vers le malaxeur. Cela implique qu’il n’est plus possible d’utiliser la poutre en I pour le palan. Une nouvelle structure a donc été développée contenant aussi bien les trois réservoirs qu’une poutre en I, pouvant accueillir le palan électrique (figure 2.10).



Figure 2. 10 Solution avec structure indépendante

En changeant l’orientation des réservoirs, il est possible d’éliminer les coudes et d’orienter les cylindres directement vers le malaxeur. Il n’est donc plus possible d’utiliser la poutre en I déjà présente, comme nous l’indique la figure 2.10, en développant une petite structure indépendante, il est possible d’y placer au dessus une poutre dont la fonction serait un guide pour le palan. En effet cette solution résout les problèmes de coudes et de chargement.



CHAPITRE 3 : DIMENSIONNEMENT DE LA SOLUTION



Lors de ce chapitre la solution retenue sera dimensionnée et le matériel nécessaire choisi. L’étude va essentiellement porter sur la structure qui va supporter les réservoirs, le choix des vis sans fins et de leurs moteurs ainsi que de l’instrumentation nécessaire. La structure de la chambre ne sera pas étudiée étant donné qu’elle a sans doute déjà été sujet d’un projet antérieur.

3.1 Étude de la structure

Le dimensionnement va débuter par l’étude de la structure qui va supporter aussi bien le réservoir que le palan. Pour l’étude des poutres en flambement, les trois réservoirs ont étés considérés comme pleins et contenant tous l’ingrédient le plus dense de sorte à garantir une marge de sécurité au niveau de la structure. Le treuil a également été considéré comme chargé.

L’étude de la structure va porter essentiellement sur :

- 1 : Étude de flambement ; - 2 : Étude de flexion.

Figure 3. 1 Structure étudiée

B-Poutres horizontales

A-Poutres verticales



3.1.1 Étude du flambement

Le calcul doit tolérer les déformations permanentes des poutres, sans toutefois permettre, l’effondrement complet de la structure. L’étude sera d’abord réalisée en considérant une poutre de dimensions W150x22, si la poutre s’avère appropriée, elle sera retenue, dans le cas contraire l’opération sera refaite avec une poutre de plus grandes dimensions. D’après [1] on a:

�� (3.1)

�� (3.2)

�� /�� (3.3)

E � module de Young (MPa)

I � Moment d′inertie (��$� A � surface latérale de la poutre (��

K � coe,iceint qui depend du type de ,lambeent L � la longueur de la poutre (mm)

Q23: contrainte critique (MPa)

P23: force critique (N)

Le flambement des poutres peut être étudié en deux cas séparés, représentés sur la figure suivante :

Figure 3. 2 Flambement des poutres (latéral et arrière)

Étude de flambement De la poutre à ce niveau

Soudé



Pour le flambement latéral, K=1 (encastré-encastré), le rayon de giration selon l’axe (y) flambement latéral (les paramètres sont défini à la page 24 du présent rapport):

67 � 89:; � 8<.>?�@AB>CA � 36.91�� (3.4)

Le coefficient d’élancement est définit comme suit :

HIJ: � K�LLM.NK�KOPQ � 81.27 (3.5)

Pour le flambement arrière, K=2 (encastré-libre) le rayon de giration selon l’axe (z) est :

6U � 89V; � 8@�@AB>CA � 65�� (3.6)

Le coefficient d’élancement est :

HIJ: � ��LMX�KOPQ � 92.3 (3.7)

Donc la contrainte critique va avec le coefficient d’élancement le plus grand :

YZ[ � \]�^_/[� � \�AA�@A`�`.<� � <@. ?a�b (3.8)

Une fois la contrainte maximale que peut supporter la poutre déduite, il est possible d’en déduire la force maximale qui peut être appliquée sur la surface de la poutre [Réf.1 EQ 11.25] équation 3.2:

cdJ � edJ � f � 656gh (3.9)

Par contre la force réelle totale qui est appliquée sur la structure est incluse, les poids des trois réservoirs, du treuil et de la poutre en I qui support le treuil, elle sera répartie sur les quartes poutres. Elle donc de l’ordre de :

Poids = masse volumique * accélération gravitationnelle (3.9)

Masses volumiques Réf [12,13]

Poids réservoir soda= 1182.5 *9.81/3=3866.78N (divisé par trois vu que nous avons trois appuis pour ce réservoir)

Poids réservoir Cocob= 275*9.81/3=899.25N (divisé par trois vu que nous avons trois appuis pour ce réservoir)

Poids réservoir farine= 302.5*9.81/2=1483.76 N (divisé par trois vu que nous avons deux appuis pour ce réservoir)



Poids poutre treuil=88.44*9.81 N masse de la poutre tiré du livre RDM [Réf1].

Poids treuil=50*9.81 N masse du palan [Réf 28] légèrement majoré pour plus de sécurité.

Poids sac=516*9.81 N.

Poids du réservoir est estimé à 50% du poids du réservoir contenant le produit le plus dense. De sorte à remplir le réservoir avec deux sacs entiers.

Ce qui donne : P2ij3kl � ∑ des poids � 13.749 kN (3.10)

Facteur de sécurité : FS � stustvwuxy � MXM z{KL.|$N z{ � 47.7 (3.11)

La force critique que l’ont peut donc appliquer à la poutre est de 656 kN. La force réelle appliquée pour l’application en question est de 13.749 kN. La poutre est donc suffisamment sécuritaire. La poutre peut donc supporter une force 47.7 fois supérieure à celle appliquée. Confirmons nos résultats à l’aide d’un logiciel d’étude en éléments finis (figure 3.2) :

Figure 3. 3 Étude de flambement

76



La première simulation donne un facteur de sécurité de 76 ce qui est tout à fait raisonnable compte tenu du résultat obtenu théoriquement. Toutefois en améliorant la qualité du maillage (avec un maillage plus fin) le facteur de sécurité est plus précis et tends vers 64.

Figure 3. 4 Étude de flambement avec un maillage plus fin

En utilisant les poutres W 150x22, le facteur de sécurité est suffisamment important. La structure est donc bien protégée en cas de surcharge et également au niveau de la fatigue. Ces poutres sont donc retenues.

3.1.2 Étude de flexion

Cette section va traiter l’étude du comportement en flexion. Pour des raisons d’homogénéité, nous avons préféré utiliser le même profilé que celui utilisé verticalement. L’étude va traiter uniquement les plus grandes poutres (A) beaucoup plus sollicitées. Les petites poutres (B) seront prise identiques aux poutres (A). Il n’y a pas lieu de les étudier elle réponde forcement aux besoins puisqu’ elles sont moins sollicitées

Considérons F comme étant le poids le plus important, soit le poids du réservoir de soda, F= 1182Kg*9,81 m/}�=11595.42 N. Les autres poids comme celui du réservoir de CoCob est de : 605Kg*9,81m/}�= 5935.05 N soit environ F/2. Pour ce qui est du réservoir de farine de blé : 302 Kg*9,81m/}�= 2962.62N soit environ F/4



Figure 3. 5 Schéma de la poutre en flexion

Equations d’équilibre dans les différents points étudié B,C, D et E :

~� � �; � � � ~; (3.12)

Figure 3. 6 Schéma du mécanisme B

~� � �; � �� ~; � �$ � � (3.13)

Figure 3. 7 Schéma du mécanisme C

~� � �; � �� 2�� ~; � �$ � 2� � �� (3.14)

Figure 3. 8 Schéma du mécanisme D

~� � �; � �� 2�� ~; � � � � (3.15)



~� � �; � � � ~; � �$ �2� � �� (4) (3.16)

~� � �; � � � ~; � �$ �4� � 7�� (3.17)

Considérant toujours la poutre en H de la dimention suivante W150x22 .

Avec �7 limite d’écoulement = 350 MPa

Figure 3. 9 Poutre en H utilisée

Données Réf [1]

Cette équation nous permet de calculer le moment limite que peut supporter la poutre en flexion :

ML= Sy * ( 2*(b*t)*( ��+t/2) + 2*(��2 * w)*(��/2) )= 6.0830 104 N.

Étude des mécanismes :

Mécanismes B :

D’après la figure 3.7 nous déduisons les equations suivantes :

~; � �~I (3.18)

~� � ~I � �� ~I � �; � �� (3.19)

Alors la valeur de la réaction �; devient :

�; � 2 � 6.08 10$0.43 � 0.82 � `?>A�



~� � �~I � �;� � ~; � �$ �4� � 7�� (3.20)

~� � �~I � �;� � ~I � �$ �4� � 7�� (3.21)

� � � �I � 4�;�4� � 7� � 97280 � 2.5 � 44 � 0.82 � 4 � 0.43 � @`C�BA�

Mécanisme C :


~; � �~I

On obtient deux équations à deux inconnues (3.22 et 3.23)

�~� � ~I � �;�� ~I � �$ � �3.22��~I � �;� � ~I � ~I � �$ �4� � 7�� 3.23��

Le systeme prècedent Eq (3.22 et 3.23) donne la solution suivante :

�; � @C. C? � @AC h

�I � >. `� � @AC N

Mécanisme (D) :


~; � �~I ; ~� � ~I ~� � �;�� 2�� ~; � �. � �3.24�~� � �~I � �;. � � ~I � �$ �4� � 7�� 3.25�

Nous avons deux équations à deux inconnues (3.24 et 3.25)

�; � 28,29 . 10$h�I � 56,56 . 10$h

Facteur de sécurité :



Limite d’écoulement qui est : �7 =350 MPa

Donc :

F� = �7 *A = 350*2840 = 99,4.10$ N

Pour plus de sécurité nous avons calculé le facteur de sécurité en majorant F� de 19.45 à 21kN

FS = �� NN,$�K �4.73

Vérifions nos résultats à l’aide d’un logiciel d’étude par éléments finis (figure 3.10):

Figure 3. 10 Étude de flexion

Le facteur de sécurité est tolérable toutefois il pourrait être modifié pour plus de sécurité. Il est possible d’ajouter de petite poutre verticale de sorte à réduire l’effet de flexion et augmenter ainsi le facteur de sécurité.

De sorte à améliorer la résistance en flexion de la structure, le placement des réservoirs a été fait de façon judicieuse. Ainsi les réservoirs contenant le Soda et le CoCob on été placés dans les deux extrémités vu que ces deux produit sont les plus denses. Le réservoir central contient donc la farine de blé beaucoup moins dense et par conséquent le réservoir sera moins pesant.



Autre point intéressant à souligner, le réservoir contenant le Soda sera placé dans le côté le plus éloigné du point de chargement (à l’aide du palan électrique) étant donné que son autonomie est plus importante et que le réservoir sera donc rempli beaucoup moins souvent.

3.2 Étude des réservoirs

Une fois la structure dimensionnée, il faut dimensionner les réservoirs. L’objéctif est de choisir une épaisseur optimale pour les réservoirs tout en maintenant une sécurité convenable. Dans ce cas la partie la plus sollicitée est la partie inférieure du réservoir, la partie conique. Il existe des formules développées spécialement pour un cône contenant un liquide et qui permettent de déduire facilement les contraintes auquel celui-ci est soumis. Toutefois il n’est malheureusement pas possible d’utiliser ces formules puisque dans l’application en question, il existe une pression supplémentaire qui est la pression appliquée par la colonne de produit contenue dans la partie cylindrique du réservoir.

Compte tenu des restrictions au niveau de l’espace disponible dans la salle, les dimensions des réservoirs sont limitées. Il reste maintenant à étudier si ces dimensions assurent une application sécuritaire et une autonomie acceptable.

Figure 3. 11 Mise en plan du réservoir



Le réservoir offre environ 0.55 �L de volume, ce qui permet les autonomies suivantes :

Tableau 3. 1 Autonomie des réservoirs

Produit Demande quotidienne (Kg) Autonomie (jours) Soda 115 10.28

CoCob 515 1.17 Farine de blé 295 1.02

Pour ce qui est des contraintes dans les réservoirs, considérons le cas extrême, soit un réservoir contenant du Soda qui est le produit le plus dense de la recette :

Figure 3. 12 Étude du réservoir

Soit �d7� ¡¢J£ le poids du liquide dans la partie cylindrique du réservoir :

�d7� ¡¢J£ � ¤��¥¦§ � @ABA�

Où

R : rayon du cylindre (m)



H : hauteur du cylindre (m)

g : gravitation (� ��¨ �

ρ: masse volumique �©§ �L¨ � Soit �dô¡£ le poids du liquide dans la partie cylindrique du réservoir :

�dô¡£ � ¦§ «L ¤¬�¢� ��+6� � �J¢� �® (3.26)

Où :

6 � ¢� � ¯°�±�²� (3.27)

² � °�±³K�¢³¢´�� (3.28)

Soit cI la pression due à la colonne de liquide :

cI � ¦§�¥ � ¯� (3.29)

eK � µ�¶J´³·¸:¹º»¼½¾³·¸ô»¾�2¿� �À�¶�J (3.30)

6� � J2¿� �À� (3.31)

e� � µ�J́� (3.32)

eL � �cI (3.33)

Où

d1 : diamètre supérieur du cône (m)

d2 : diamètre inferieur du cône (m)

eK: Contrainte sur les parois (Pa)

e� : Contrainte radiale (Pa)

eL : Contrainte axiale (Pa)



Sachant que x varie de 0 à 0.3 m dans notre cas, nous sommes capables de définir les contraintes pour une série hauteur du cône. Nous avons pour ce faire développé un script Matlab (le script est disponible en annexe) nous permettant de calculer ces contraintes pour plusieurs points de sorte à développer les calculs avec la contraintes la plus importante. Le tableau suivant présente les résultats obtenus.

Tableau 3. 2 Contraintes dans la partie conique du réservoir

X(m) Á@(Pa) Á(Pa) Á<(Pa)

0 -3,6977E-10 4310298,13 -21091,5

0,05 -695513,991 3868689,96 -22146,075

0,1 -1578887,45 3364498,63 -23200,65

0,15 -2778999,93 2797724,16 -24255,225

0,2 -4603276,89 2168366,53 -25309,8

0,25 -8010705,68 1476425,76 -26364,375

0,3 -18283375,8 721901,829 -27418,95

Compte de tenu de la formule pour le calcul du facteur de sécurité selon le critère de Tresca :

�� Â:|ÄÅÆÇ³ÄÅº»| (3.34)

Nous déduisons alors que le facteur de sécurité pour l’application est de 18.41. Comme mentionné l’étude a été réalisée dans le cas extrême soit un réservoir contenant le produit le plus dense (le soda). L’épaisseur du réservoir a été fixée à 3 mm et sera généralisée pour les trois réservoirs. L’opération a été effectuée avec 5mm et avec 3mm d’épaisseur, toutefois les réservoirs étaient surdimensionnés avec ces épaisseurs, par souci de réduire la quantité d’acier et par conséquent le coût, nous avons opté pour une épaisseur de 3mm. Il est également à noter que l’acier utilisé est l’ANSI 1020.

En vérifiant nos calculs avec une simulation comme pour les cas précédents (figure 3.13) on constate que :



Figure 3. 13 Simulation du réservoir

3.3 Sélection de la vis sans fin

Une fois les réservoirs et la structure qui va les supporter entièrement dimensionnés, il faut désormais choisir le type de vis sans fin que l’on va utiliser pour convoyer les ingrédients des réservoirs vers le malaxeur.

Une solution simple et sûre consiste à se fier aux informations pratiques basées sur les expériences de nombreux champs d’actions tel le milieu minier, agricole, agroalimentaire ou pharmaceutique.

C’est le cas de plusieurs catalogues. Les convoyeurs à vis sans fin sont actuellement standardisés et tabulés de sorte à choisir en fonction de l’application le diamètre de la vis et la puissance du moteur. Tous les autres paramètres de la vis tel le pas et l’inclinaison sont écartés puisqu’ils sont standardisés.

Nous avons commencé notre dimensionnement en nous basant sur les formules proposées par le livre « SME MINERAL PROCESSING HANDBOOK » ref [8] et sur le catalogue de la compagnie Martin sprocket & gear inc (annexe D) qui offrent des formules permettant de déduire la puissance nécessaire pour entrainer la vis sans fin.



Dans le cas d’une vis sans fin utilisée dans une position horizontale, les équations qui déterminent la puissance requise pour entrainer la matière, sont définies comme suit [Réf. 10]:

¥cÈ � �I��¼�É�ÈÊ�K OOO OOO �ËÌÍ}}�±ÎÏ Ð′Ï±°6�Í±Ï�Ï±° ÐÏ Ñ� ÒÍ} à ÒÍÐÏ� (3.35)

¥cÔ � Õ��I�·��Ö��Å×K OOO OOO �ËÌÍ}}�±ÎÏ Ð′Ï±°6�Í±Ï�Ï±° ÐÏ Ñ� ��°Íè6Ï� (3.36)

Où :

L : La longueur de la vis sans fin en pieds

Fd : facteur dépendant du diamètre du convoyeur (1-12) Annexe D

Fp : Facteur de palette (1-15) Annexe D

Ff : Factor Flight (1-14) Annexe D

Fm: Facteur qui dépend de la matière à convoyer (1-14) Annexe D

Fb : facteur de dépendant du type des roulements utilisés table (1-13) Annexe D

N : la vitesse de rotation équivalente

R : la vitesse de rotation de la vis sans fin en rpm (tours/min)

C : Le débit engendré par la rotation de la vis sans fin (débit de sortie de la matière)

En pieds cube /heure (à retirer de la table 48) ou 47).

W : La masse volumique de la matière en livres/pieds3

Donc la puissance totale requise est [Réf.10]:

ØÙ°�Ñ ¥c � �ÚµÖ�ÚµÅ��Û£ (3.37)

Où :

Fo : Overload factor à retirer de la table (1-16) Annexe D

e : facteur d’efficacité

Exemple de calcul des puissances dans le cas de la farine :



Calculant d’abord la vitesse de rotation équivalente :

h � I� ÜÝ�¡� �é ¢£ �� Ô�� èJ£ J£ÜÝ Þ£ £¡ ß £¢ÞQ/à£ÝJ£ ß £¢ÞQ/à£ÝJ£ à Ý¡ �áÝJ Ô ¡⁄ (3.38)

Prenons par exemple le cas de la farine. Pour un lot de colle de 600Kg on aura besoin de 65lbs de farine ce qui génère un volume de 1,89 ft3 (sachant que la masse volumique de la farine est 34,33lbs/ft3).

Supposons à présent que cette quantité doit être acheminée au malaxeur en 1 minute. Donc dans une heure, la quantité envoyé par la vis sans fin sera de :

ãä�6§Ï Ë�6 åÏÏ°L äÏÌ6Ï⁄ � K,æNKÔ ¡ � 60 � 113.4 ËÍÏÐL äÏÌ6Ï⁄ (3.39)

Ce qui donne une vitesse de rotation de :

h�6Ë�� KKL.$K.$N � 76.1 6Ë� (3.40)

Où 1.49 est un facteur relatif aux vis de 6 pouces retiré des tables annexe D.

Compte tenu des nombreux facteurs [Réf.10] l’application numérique donne les résultats suivants :

¥cÈ � �æ,LN�Kæ�|M.K�$,$�K OOO OOO � 0,050 äË (3.41)

Où 8.39 est la longueur en pieds de la vis , le reste des valeurs sont les constantes retirées des tables comme introduit précédemment.

¥cÔ � �|M.K�æ,LN�L$,LL�K�O,X�K OOO OOO � 0,0109äË (3.42)

ØÙ°�Ñ ¥c � �O,OL��LO,NX � 0,1äË (3.43)

En répétant le calcul pour les deux autres produits, nous pouvons dresser le tableau suivant :

Tableau 3. 3 Puissance requise pour les vis sans fin

Ingrédients Durée de dosage

çèé êë �ìí� çèî êë�ìí� ïðñòó çè êë �ìí�

Farine 1 minute 0,05 0,0109 0,194 (1min) Co-cob 1minute 0,0446 0,036 0,254 (1min)

Bicarbonate de soda 20 secondes 0,015 0,024 0,123 (20s)



Ces calculs nous donnent une idée assez générale sur les dimensions de la vis ainsi que la puissance requise pour acheminer les produits. Pour un dimensionnement plus précis, nous ne sommes donc tournés vers des catalogues de vis sans fin. Certaine entreprise propose des vis sans fin entièrement équipées, contenant la vis sans fin, le cylindre, les bouches d’entrées et de sortie des produits. Dans toute l’application une réduction de la vitesse du moteur s’impose.

Dans notre cas nous devons garantir une bonne précision puisque la vis sans fin sera utilisée aussi bien pour le transport que pour le dosage. Il nous faut donc assurer un débit constant puis pas la suite le réduite de sorte a nous assurer de ne pas dépasser les quantités imposées par la recette. Pour augmenter de façon significative la précision, il nous faut utiliser un rayon faible et réduire considérablement la vitesse de rotation du moteur.

Après une étude de plusieurs catalogues industriels, nous avons opté pour le modèle suivant [Réf 28] et catalogue en annexe C:

Figure 3. 14 Vis sans fin choisie

Image Réf [28]

Il s’agit d’une vis sans fin de 6 pouces de rayon utilisé pour transporter tout type de produit poussiéreux, comme ceux de notre procédé. Le kit est entièrement réalise en acier et comporte les parie suivante :

� Une vis sans fin ; � Une base (ou cylindre) ; � Un moteur électrique + drive.



Le système peut être utilisé pour des applications allant jusqu’à 45° d’inclinaison et est entrainé par un moteur électrique triphasé 230/460 VAC, 60Hz. Il est également possible d’annexer des extensions contenant à leur tour une vis sans fin et un cylindre, dans le cas de notre application, le cylindre de base a une longueur largement suffisante. Pour un diamètre de 6 pouces et en utilisant un moteur de 1.5 hp il est possible d avoir un débit allant jusqu'à 290 pieds cubes/hr.

Ce débit est trop grand pour notre application, nous allons donc jouer sur la vitesse du moteur pour réduire ce débit, a noter qu’en réduisant la vitesse nous augmentons proportionnellement le couple et nous somme donc en mesure de transporter des matériaux plus lourd. Il faut donc prévoir des réducteurs de vitesse pour chacun des trois moteurs à utiliser.

Figure 3. 15 Sortie du réservoir puis transport à l'aide d'une vis sans fin jusqu'au malaxeur



3.4 Choix du palan électrique

Le palan électrique sera utilisé pour charger les réservoirs, il est très important d’éviter tout contact entre l’opérateur et les produits chimiques. Pour cela, en fonction de l’autonomie fournie par les réservoirs, l’operateur devra, une fois par jour remplir les réservoirs de CoCob et de farine de blé. Le réservoir de Soda propose une plus grande autonomie vue que la matière est plus dense et que sa demande est moins importante dans le procédé.

Mis à part le choix du palan électrique qui va assurer cette opération, il faut aussi définir les dimensions. Il faut s’assurer que les dimensions du sac soient convenables à l’installation et qu’il faut un nombre entier de sac pour remplir les réservoirs. Tout les réservoirs ont un volume de plus ou moins 0.55 �L, nous avons donc prévu des sacs avec un volume de 0.24 �L de sorte a ce que deux sac de chaque ingrédient remplisse de façon complète le réservoir. Les sacs auront donc les poids suivants :

Tableau 3. 4 Poids des sacs

Ingrédient Poids du sac (Kg) Cocob 264 Soda 516

Farine de blé 132

Le palan électrique que nous devons installer doit donc être en mesure de soulever une charge de 516 Kg. Il faut noter aussi que le palan doit pouvoir soulever la charge mais également se déplace tout au long de la poutre de sorte à ce que l’operateur puisse remplir chacun des réservoirs. Le réservoir de soda sera placé du coté opposé du point de chargement étant donné que son autonomie est plus importante. Pour cette application nous avons retenu le palan électrique présenté à la figure 3.16 et en annexe C:



Figure 3. 16 Palan électrique choisi

Le palan a une capacité de 250 à 4000 lbs ce qui couvre largement nos besoins. En plus de ses dimensions réduites le palan offre différents types de moteur allant de 115

à 460 volts offrant une puissance de1 3¨ äË. Le corps du palan est entièrement en acier et

les roues en fer. Dans notre cas, nous allons retenir une modèle 115 VAC, 60 Hz triphasé. La vitesse du chariot est de 78 fpm.



3.5 Capteur de viscosité

La dernière étape du procédé consiste à vérifier la viscosité de la colle avant de l’envoyer vers le rideau de colle. Dans le cas ou la colle soit top visqueuse, il faut mettre en marche la pompe d’eau propre. En ajoutant de l’eau on diminue considérablement la viscosité jusqu'à atteindre la valeur souhaitée.

Pour mesurer en temps réel la viscosité de la colle, nous aurons besoin d’un capteur de viscosité, plus communément appelé viscosimètre. Nous avons retenu le capteur MIVI de la compagnie française SOFRASER réf [13]. Le capteur est constitué de deux tiges, une tige vibrante permettant le calcul de la viscosité de la plupart des liquides industriel même très visqueux. Il existe également une deuxième tige permettant la mesure de la température.

3.6 Vannes

Les deux réservoirs du procédé devront être équipés de valves contrôlables de façon automatique de sorte à supprimer la commande manuelle existante actuellement. Nous avons donc retenu des valves correspondante au diamètre des tuyauteries d’évacuation des réservoirs existante et contrôlable par des actionneurs électriques de sorte a ne pas avoir à ajouter de compresseur à air ni autre dispositif.

Les actionneurs seront directement commandé par l’automate nous pourrons donc ainsi commander la vidange des réservoirs et imposer les conditions souhaitée dessus.



3.7 Automate et procédé

Évidement un automate programmable est prévu pour tout le procédé. Par contre la seule action dans laquelle l’operateur devra intervenir est le choix du lot à réaliser (200Kg, 300Kg ou autre). Quelque soit le lot sélectionné, le procédé est tout à fait le même, seules les doses de chacun des produits varient comme indiqué aux tableaux 1.1 1.2 et 1.3.

L’application est assez simple et nécessite pas un automate avec une CPU très développé. Etant donné que l’application en elle même élimine l’atmosphère poussiéreuse, nous n’auront donc même pas besoin d’un automate robuste (adapté a des milieux industriels agressifs) souvent beaucoup plus couteux.

Il est possible de faire un bilan des entrées et sorties (tableau 3.5) que devra gérer l’automate de sorte a définir par la suite le nombre et le type de carte nécessaire.

Tableau 3. 5 Liste des entrées de l'automate

Entrée (capteur ou bouton) type Balance malaxeur (load cell) Analogique

Capteur de niveau réservoir de colle

Analogique

Bouton 200Kg Numérique Bouton 300Kg Numérique Bouton 400Kg Numérique Bouton 500Kg Numérique Bouton 600 Kg Numérique

Arrêt d’urgence1 Numérique Arrêt d’urgence 2 Numérique

Capteur de viscosité Analogique Bouton START du cycle Numérique

La solution propose cinq boutons permettant à l’opérateur de sélectionner le lot à effectuer. Pour plus de sécurité, nous prévoyons également deux arrêts d’urgence le premier sera situé au niveau de la salle d’opération, et le deuxième sera situé au niveau inférieur plus proche des réservoirs de liquide et du rideau de colle. Ces boutons permettront un arrêt imminent du procédé en cas de danger majeur. Avant de choisir le lot à effectuer, il faudra donner le départ du cycle a l’aide d’un bouton (‘bouton START’).



Tableau 3. 6 Listes des sorties de l'automate

Sortie (actionneur ou voyant lumineux) type Valve 1 Analogique Valve 2 Analogique

Voyant lumineux 200Kg numérique Voyant lumineux 300Kg Numérique Voyant lumineux 400Kg Numérique Voyant lumineux 500Kg Numérique Voyant lumineux 600 Kg Numérique Voyant lumineux urgence Numérique

Variateur de vitesse 1 Analogique Voyant lumineux 1 Numérique



Actionneur malaxeur Analogique Voyant malaxeur Numérique

Actionneur pompe eau de lavage Analogique Voyant lumineux pompe eau de lavage Numérique

Actionneur pompe résine Analogique Voyant lumineux pompe résine Numérique Actionneur pompe eau propre Analogique

Voyant lumineux pompe eau propre Numérique

L’automate devra donc gérer :

� 3 entrées analogiques ; � 7 entrées numériques ; � 9 sorties analogiques ; � 13 sorties numériques.

Tous les actionneurs commandant des moteurs ou des pompes sont accompagnés d’un voyant lumineux de sorte à savoir quel produit est en cours de dosage. Ces indicateurs sont également importants de sorte à suivre l’évolution du procédé et de pouvoir s’assurer en tout moment que le fonctionnement est correct. Cinq autres voyants lumineux sont prévus pour indiquer la quantité de colle en cours de préparation. Le système devient non seulement automatisé mais offre aussi un suivi et une assurance à l’opérateur qui peut savoir en tout moment quelle étape s’exécute.



Il est également possible de concentrer par la suite toutes ces informations dans un seul et même écran tactile. Ce type de matériel est fourni actuellement par de nombreux fabriquant tel qu’Allan Bradley, Siemens ou encore Omron. Des logiciels très développés (tel WinCC), et contenant des bibliothèques très riches permettent la visualisation instantanée du procédé. Il est également possible d’agir sur le procédé à distance. La communication est assurée par des protocoles tels profibus, profisafe ou encore en HF (haute fréquence) pour des distances plus importantes. Cette technologie reste toutefois coûteuse. Nous les proposons comme une évolution ou une amélioration ultérieure à notre client qui demande actuellement une automatisation standard (de base) pour son procédé.

3.7.1 Détails du procédé et grafcet de niveau 1

Pour terminer un résumé des étapes du procédé ainsi que son grafcet seront établis dans cette section.

Le procédé va essentiellement suivre les étapes suivantes :

1. Choix de quantité de colle à préparer (200, 300, 400, 500 ou 600 Kg) ; 2. Mise en marche de la pompe d’eau jusqu’à atteindre le dosage souhaité ; 3. Mise en marche de la pompe de Cascophen jusqu’à atteindre le dosage souhaité ; 4. Mise en marche de la vis-sans-fin de Cocob à grande vitesse jusqu'à atteindre

80% du dosage souhaité ; 5. Réduire la vitesse de la vis-sans-fin de CoCob pour une meilleure précision

jusqu'à atteindre le dosage de Cocob souhaité ; 6. Répéter les étapes 4 et 5 tout d’abord pour la farine ensuite pour le Soda ; 7. Malaxer le mélange pendant 20 minutes ; 8. Mise en marche de la pompe de Borden jusqu'à atteindre le dosage souhaité ; 9. Mise en marche de la pompe d’eau jusqu'à atteindre le dosage souhaité ; 10. Ouverture de la vanne du réservoir jusqu'à vidage complet; 11. Test de viscosité à l’aide du capteur de viscosité

11.1 ajout d’eau si solution plus visqueuse que la normale 11.2 sauter à l’étape 12 si la viscosité est acceptable

12. ouverture de la vanne vers le rideau de colle jusqu'à vidage du deuxième réservoir

Le grafcet de niveau 1 suivant donne une bonne schématisation du procédé (figure 3.17):



Figure 3. 17 Grafcet de niveau 1 du procédé

1 début du cycle

1 bouton 200Kg 2 bouton 300Kg 3 bouton 400Kg 4 bouton 500Kg 5 bouton 600Kg

2 eau: m1=15.1Kgcascophen: m2=74KgCoCob: m3=17.1KgFarine: m4=9.8KgSoda: m5=3.8Kgborden: m6=74 Kgeau: m7=6.1 Kg

3 eau: m1=22.7Kgcascophen: m2=111KgCoCob: m3=25.7KgFarine: m4=14.8KgSoda: m5=5.8Kgborden: m6=111 Kgeau: m7:9.1 Kg

4 eau: m1=30.3 Kgcascophen: m2=148 KgCoCob: m3=34.3 KgFarine: m4=19.7 KgSoda: m5=7.7 Kgborden: m6=148 Kgeau: m7=9.1 Kg

5 eau: m1=37.9 Kgcascophen: m2=185 KgCoCob: m3=42.9 KgFarine: m4=24.6 KgSoda: m5=9.6 Kgborden: m6=185 Kgeau: m7=15.15 Kg

8 =1

7 pompe eau

6 masse totale=m1

8 pompe cascophen

7 masse totale=m1+m2

9 moteur CoCob GV

9 masse totale=m1+m2+0.8m3

10 moteur CoCob PV

10 masse totale=m1+m2+m3

11 moteur farine GV

11 masse totale=m1+m2+m3+0.8m4

12 moteur farine PT

12 masse totale=m1+m2+m3+m4

13 moteur Soda GV

13 masse totale=m1+m2+m3+m4+0.8m5

14 moteur soda PV

14 masse totale=m1+m2+m3+m4+m5

15 moteur malaxeur

15 20 minutes

16 pompe borden

16 masse totale=m1+m2+m3+m4+m5+m6

17 pompe eau

X17

Y16

17 masse totale=m1+m2+m3+m4+m5+m6+m7

18 ouverture vanne

18 masse totale=0

19 fermeture valve

19 vicosité=OK20 viscosité /= OK

20 pompe eau

21 viscosité OK

21 ouverture vanne vers rideau

22 capteur niveau 2èm reservoir NB

X1

Y22



Une fois le dimensionnement de la solution entièrement étudié, il est important de connaître les répercussions du projet, tant sur le point de vue de la santé et de la sécurité que du point de vue économique. Le chapitre suivant va donc traiter des améliorations au niveau de la santé et sécurité que va apporter le projet, ainsi que la rentabilité du projet du point de vue économique.



CHAPITRE 4 : RETOUR SUR INVESTISSEMENT



En ce qui concerne les améliorations que va apporter le projet, il est plus pertinent de privilégier les améliorations au niveau de la santé et de la sécurité au travail aux économies financières que peut rapporter le projet. Étant donné que l’objectif du client est de réduire ses charges, commençons tout d’abord par étudier l’aspect de la santé et la sécurité.

4.1 Santé et sécurité

Chaque année au Québec, les machines occasionnent près de 13 000 accidents du travail. Au moins un travailleur se blesse sur une machine. De 1999 à 2003, les machines ont tuées 101 travailleurs. En moyenne, c'est 20 travailleurs par année qui perdent la vie en raison d'un accident du travail occasionné par une machine (source: CSST DC100-1587 (0503)).

Une zone est considérée comme étant dangereuse lorsqu’elle met en danger la sécurité ou l'intégrité physique des travailleurs, aussi bien à l'intérieur qu’autour d'une machine. Cette zone doit être protégée avec des diapositifs physique ou signalétiques, afin d’attirer l’attention des opérateurs et qu’ils prennent en compte le danger encouru dans la manipulation de cette machine.

Plusieurs techniques sont utilisées dans la prévention des risques potentiels encourus pendant la manipulation. Ces techniques présentent un facteur imposant dans la maintenance préventive ainsi qu’au niveau de la limitation des risques d’accidents. Elles peuvent être établies comme suit :

• Analyse préventive : -Isoler la zone dangereuse de la machine; -Évaluation et contrôle des risques; - Utilisation des équipements; - Observation lors d’exécution des travaux; - Correctifs à apporter au niveau de fonctionnement de la machine.

• Support et Solution : -Évaluation des protections actuelles; -Identification des dispositifs à améliorer; -Élaboration ou révision de procédures pour les zones dangereuses; -Production et implantation d’un manuel de gestion; -Coaching pour vous aider à réussir vos démarches; -Logiciel de gestion des zones dangereuses.



Cependant, les responsables doivent assurer des mesures de sécurité sur deux niveaux :

À l’échelle de la machine

• Sécuriser une machine durant toutes les phases de sa vie par l’implantation de mesures de réduction du risque;

• Identifier si des correctifs sont nécessaires sur une machine nouvellement installée ou modifiée;

• Juger l’efficacité des moyens de protection; • Valider des méthodes et procédures de travail sécuritaires.

À l’échelle de l’entreprise

• Réduire la vulnérabilité (lésions, amendes et poursuites); • Identifier des priorités d’action; • Faciliter la prise de décision (obtention d’un consensus) ; • Rencontrer les exigences SST (gestion) ; • Optimiser l’utilisation des ressources ; • Faciliter la communication avec la CSST.

Appréciation

du risque sur la

machine

Employeur

travailleur

Fabricants

Ingénieurs

Normes en gestion de SS T

CSST :

-Enquêtes sur les accidents

-Interventions

-Formations

-Documents

Plusieurs normes sur la sécurité des machines :

-ISO 14121-1 :2007

CSA Z432-04

ANSI B11.TR32000

ISO 13 849-1/2

.Etc

Réglementation et législation :

-Québec : LSST,OIQ

-Alberta : occupation and safety code

-Union européen directive machine

-Etc…



Une fois tous les aspects techniques et de santé et sécurité du projet étudiés, il reste à étudier la rentabilité du projet pour l’entreprise. L’entreprise est en mesure de débourser un budget de 60000$ pour la réalisation de ce projet. Ce montant correspond au salaire annuel d’un opérateur. L’entreprise compte donc remplacer l’operateur par le système automatisé en question.

Pour ce faire nous allons nous baser sur deux méthodes d’évaluation de projet très connues. Nous allons en premier lieu nous baser sur la méthode du délai de récupération du capital, cette méthode nous donnera une idée assez précise sur le temps nécessaire pour récupérer l’investissement. Nous allons par la suite nous baser sur la VAN (valeur actuelle nette) qui nous permettra de juger si le projet est rentable ou pas et également combien de temps sera nécessaire pour récupérer le capital investit.

Commençons tout d’abord par une estimation des coûts relatifs au budget afin de pouvoir par la suite appliquer les dites méthodes d’évaluation.

4.2 Estimations des coûts

La plupart des prix utilisés sont obtenus en catalogues (disponibles en annexe) ou obtenus à partir des sites web des constructeurs. Les produits dont nous ne bénéficions pas du prix exact sont estimés à partir de produit semblables ou équivalents. Dans ce cas, nous avons légèrement majoré nos estimations pour un budget plus sûr.

Pour ce qui est de l’installation et de la mise en service de l’équipement (comprenant l’installation des équipements et la programmation de l’automate) elle a été estimée à 50% du prix total du matériel nécessaire à la mise en application du procédé.

Commençons tout d’abord par présenter les devis que nous a fournis le constructeur Omron. Les deux solutions proposées sont équivalentes bien que la deuxième option propose une CPU plus performante et de fonctionnalités lus évoluées permettant une programmation Grafcet. L’estimation a été faite en tenant compte du nombre d’entrées/sorties exactes dont nous avons besoin pour notre projet et en tenant compte également de l’application et du milieu dans auquel sera placé l’automate.

Remarquons aussi qu’une estimation de l’ajout d’une interface operateur (écran de contrôle) a également été réalisée. Omron a fournis les prix exacts des équipements que proposés comme amélioration du procédé à notre client. Il a donc libre choix d’investir à court ou à long terme sur cet aspect.



Pour ce qui est de la licence nous avons ici les prix exacts pour chacune des options. Il est également possible de faire appel au service du constructeur pour l’installation et la programmation de l’automate. Le client n’aura dans ce cas pas accès aux licences et sera contraint de faire appel au constructeur pour la moindre modification au niveau de son procédé ou en cas de panne.

Le tableau suivant présente les prix des différents équipements ainsi que le budget estimé pour le projet.

Figure 4. 1 Estimation budgétaire Omron



Tableau 4. 1 Tableau des estimations

Equipement Prix unitaire Quantité requise total

Kit vis sans fin (comprenant vis, structure, moteur

et drive) 4377.75$ 3 13133.25$

Variateur de vitesse 679.56$ 3 2038.58$ Vannes+actionneur 1100$ 2 2200 Capteur de niveau 150$ 1 150$

Bouton d’arrêt d’urgence 42.50$ 2 85$ Bouton poussoirs 12$ 5 60$ Voyant lumineux 16$ 13 208$

Capteur de viscosité 7217.58$ 1 7217.58$ Palan électrique 1607.82$ 1 1607.82$

Structure (comprenant supports et réservoirs)

Poutres : 10.25$/pieds Plaque 3mm : 115$ (4’x8’)

Poutres :86’ Plaque : 3

(878.11$ +345$)

=1223.11$ Automate programmable

(Alim, CPU, carte in/output anal +num)

3976.86$ 1 3976.86$

Total équipement 31900.2$ Installation et mise en service (1$ de frais d’installation pour 1$ de matériel) 31900.2$

Imprévus (25% budget initial) 15950.1$ Total 79750.5$

Les catalogues et références des prix sont disponibles en annexe.

Le coût donc de tous les équipements nécessaires ainsi que l’installation et la mise en service sont donc estimé à 60000$. Nous dépassons légèrement la restriction budgétaire imposée par le client et fixée à 60000$ correspondant au salaire annuel d’un operateur.

Il est à noter que les prix dont nous ne disposons pas et qui ont donc été estimé à partir de produits semblables sont majorés pour une plus grande sécurité au niveau de l’estimation. Les prix de l’acier ont été fournis par CMC Crawford, un fournisseur d’acier installé partout au Québec. Une fois l’estimation de coût faite, nous pouvons à présent étudier la rentabilité du projet.



4.2 Délai de récupération du capital

Un aspect très important pour tout investisseur est de savoir combien de temps sera nécessaire pour qu’il récupère son capital. Pour une étude plus fiable et précise il faut absolument tenir compte de la valeur temporelle de l’argent soit sa dépréciation dans le temps. Pour cela nous allons utiliser la méthode du délai de récupération actualisée. De cette façon, en imposant un taux d’actualisation raisonnable, nous pouvons donc estimer de façon assez précise le temps de récupération de notre capital. Considérons donc pour ce projet un taux de 12%.

Compte tenu de la situation actuelle du marché du bois et de celle de notre client, nous devons étudier le projet à très court terme, nous avons donc estimé pertinent de l’étudier sur les trois prochaines années.

Tableau 4. 2 Calcul du délai de récupération actualisé

An FM($) FM actualisé ($) Solde ($)

0 -79750.5$ -79750.5$ -79750.5$

1 60000 53571,42 -26179.08$

2 60000 47831,63 21652.55$

3 60000 42706,81 64359.36

Où FM sont des flux monétaires en dollars canadiens.

Nous remarquons à partir des résultats obtenus que l’investissement du client est récupéré à partir de la deuxième année. Le projet devient donc très rapidement profitable. Un autre aspect très important peut inciter le client à investir dans la réalisation du projet, compte tenu de la situation actuelle et des arrêts fréquent que connais l’entreprise et essentiellement de l’arrêt à plus grande durée prévue, il serait plus intéressant d’investir dans l’achat des équipements et leur installation plutôt que d’honorer les salaires d’un opérateur sans que celui-ci n’effectue de travail. L’arrêt peut aussi permettre une mise en service et des essais plus rapidement et facilement. Il sera également possible de réaménager la chambre voir même de construire une nouvelle structure plus résistante pour la chambre.



4.3 Valeur actuelle nette (VAN)

La VAN à partir de plusieurs paramètres économiques permet de savoir si le projet sera rentable ou pas pour l’investisseur.

ôfh � ∑ ã�È�Ý« ¢£ �JéÞáJ£J £ßõÉßõK . �1 � °�³µ � ö � ∑ ã�È�Ý« ¢£ �JéÞáJ£J £ � ößõÉßõK (5.1)

Où :

ã�È�Ý« ¢£ �JéÞáJ£J £ : Flux monétaire ;

t : le taux d’actualisation ou le coût moyen pondéré du capital ;

p : numéro de l’annuité ;

N : le nombre total d’annuités ;

I : le capital investi.

Réf [9]

En utilisant la formule précédente nous allons tout d’abord commencer par évaluer si le projet est rentable ou nous, c’est dire si, pour la durée proposée (soit trois ans) nous une VAN positive ou négative. Si cela est le cas, nous allons par la suite calculer le taux qui fait en sorte que le projet soit rentable sur les trois ans et le comparer avec le taux que nous avons imposé.

ôfh � �60000 � �1 � 0,12�³K � 60000 � �1 � 0,12�³� � 60000 � �1 � 0,12�³L �79750.5 �64359.37

En utilisant encore une fois le taux de 12% nous voyons comment la VAN et positif et donc le projet parfaitement rentable. Calculons à présent le taux qui fait en sorte que le projet devienne rentable en exactement trois ans. En détaillant un peu plus les calculs nous trouvons :



Tableau 4. 3 Détails de calcul de la VAN

Année VAN 1 -7788.33 2 40043.29 3 82750.11

Ces résultats confirment ceux obtenus avec la méthode du délai de récupération du capital puisque nous voyons que le projet devient rentable au courant de la deuxième année, comme déduit précédemment.

ôfh � �60000 � �1 � °�³K � 60000 � �1 � °�³� � 60000 � �1 � °�³L � 79750.5 � 0

En résolvant l’équation précédente, nous trouvons un taux supérieur a 55% ce qui est très peu probable. Le projet donc est rentable pour des taux pouvant aller jusqu'à 55%. Etant donné qu’un taux aussi élevé est inconcevable nous en concluons que le projet est plus que rentable et que l’investissement est sûr.



Conclusion

Le projet présente l’étude complète du cahier des charges de l’automatisation du système de préparation de la colle. Lors du choix des équipements, nous avons en tout moment tenu compte des délais, de la qualité et de du budget de notre client.

La solution proposée satisfait notre client et répond entièrement a ses besoins, il s’agit d’une solution simple, peu coûteuse et envisageable à très court terme. Elle permettra de libérer l’operateur de sorte à ce qu’il réalise d’autres tâches dans la chaîne de production et de réduire notablement les risques de maladies professionnelles.

Mis à part de légères modifications, le procédé ne connaîtra aucun changement. Les installations existantes actuellement seront entièrement conservées mis à part le système de la hôte qui sera éliminé vu que la solution résoudra entièrement le problème de l’atmosphère poussiéreuse.

En tant que finissants, ce projet nous a permis de passer en revue une grande partie des connaissances (résistance des matériaux, automatisation, gestion de projets etc.) que nous avons acquises lors de notre baccalauréat au sein de l’UQAT et nous a préparés à l’intégration du monde professionnel. Le projet s’est caractérisé par beaucoup de soumissions, de choix d’équipements et d’estimation de budget des tâches que réalisent les ingénieurs au quotidien.

Le projet a été pour nous une très belle et riche expérience, nous remercions vivement Temlam de nous avoir accordé un projet si intéressant ainsi que notre professeur M. Walid Ghie pour son dévouement, ses conseils précieux et la confiance qu’il nous a donné.



Recommandations

Nous recommandons vivement à notre client de vérifier l’état de la structure qui supporte la chambre ainsi que le plancher. On conseille un réaménagement total de la chambre également. Dans le cas ou la structure de la chambre ne supporte pas le poids il faudra la renforcer voir la détruire et en construire une nouvelle.

Il est aussi indispensable d’intégrer toute les mesures de santé et sécurité au travail essentiellement au niveau de la signalisation visuelle et des équipements de protection individuels et collectifs.

Pour ce qui est du procédé en question, nous recommandons comme amélioration ultérieure l’intégration d’un écran de control pour l’opérateur pour un meilleur suivi en temps réel de l’évolution des étapes du procédé. Il est aussi recommandé de développer un réseau de sorte à pouvoir visualiser l’évolution du procédé en temps réel à partir des bureaux de l’entreprise.

Nous recommandons aussi l’installation de capteurs de niveau de type électromagnétique (dont la mesure est plus précise) afin que l’opérateur sache en temps réel combien de produit il reste dans le réservoir et combien de lots il peut encore effectuer avec cette quantité.


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page I

Bibliographie Ouvrage :

1. BAZERGUI André, THANG BUI-QUOC, BIRON André, GEORGE McINTYRE, CHARLES LABERGE, Resistance des matériaux, troisième édition, école polytechnique de Montréal, Mai 2006.

2. BAZERGUI André, THANG BUI-QUOC, BIRON André, McINTYRE George, LABERGE Charles, Solutionnaire d’exercices tome 2, troisième édition, École polytechnique de Montréal.

3. Livre Industrial Automation << Product Selection Guide>>, OMRON Canada, INC 4. DROUIN, Michel GOU, Pierre THIRY, Robert VINET, Éléments de machines,

deuxième édition revue et augmentée, Edition polytechnique de Montréal, 1986. 5. Handbook of Steel Construction -- Ninth Edition -- Third Revised Printing, June

2007. 6. Franklin JONES, Henry RYFFEL, Erik OBERG, Christopher McCAULEY , Ricardo

HEALD Machinery's Handbook, 27th Edition, Toolbox Edition. 7. GALIBOIS André, Analyse économique pour ingénieur, Edition polytechnique de

Montréal, 2002.

Sites web :

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mois de juin 2008). 13. http://fr.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080415084535AA7NYwf

(consulté le mois de juin 2008). 14. http://www.directindustry.fr/prod/scaime/capteur-de-pesage-6999-116122.html

(consulté le mois de juin 2008). 15. http://www.usinenouvelle.com/expo/img/debitmetre-massique-co-000005319-4.jpg

(consulté le mois de juin 2008). 16. http://www.pnl.gov/phantom/bomab/ (consulté le mois de juin 2008). 17. http://www.directindustry.fr/prod/flexicon/convoyeur-a-vis-flexible-15544-

34850.html (consulté le mois de juin 2008). 18. http://www.solufood.fr/htm/catalogue.asp?eqfn1_id=1&eq_id=15&TRANSPORTEU

R%20PNEUMATIQUE%20SOLUFOOD (consulté le mois de juin 2008).


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page II

19. http://www.achats-industriels.com/equipements-industriels/palans.asp (consulté le mois de juin 2008).

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21. http://www.frontenactechnologies.com/main.cfm?p=04_100&l=fr (consulté le mois de juin 2008).

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Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page III

Annexe A


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Annexe B Calcul de l’épaisseur des réservoirs

clear all clc gho=2150; H=1; t=0.003; D1=0.8; alfa=0.86; g=9.81; i=1; w3=(pi*0.4^2*H*gho*g) for x=0:0.05:0.3 r=D1/2-x*tan(alfa); pl=gho*g*(H+x); r2=r/cos(alfa); w=gho*g*(x/3)*pi*[(D1/2)^2+r^2+(r*D1/2)]; sigma2=(pl*r2)/t; sigma3=-pl; sigma1=((pl*pi*r^2)-w-w3)/(2*cos(alfa)*pi*t*r); [vect]=[sigma2 sigma3 sigma1] difference=max(vect)-min(vect) %vectx(i)=x; vectsigma2(i)=sigma2; vectsigma3(i)=sigma3; vectsigma1(i)=sigma1; vectdifference(i)=difference; i=i+1; end vect difference vectsigma2 vectsigma3 vectsigma1 vectdifference FS=(350*10^6)/max(vectdifference) xlswrite( 'contraintecylindre.xls' ,[vectsigma1',vectsigma2',vectsigma3'])


Par : Omar Zeiddar Bencheikh ÉTÉ 2008 Sami El Kerouani Page XIV

Dimensionnement des poutres et du treuil

%Dimention de la poutre profilé I de type W pour l e treuil h=152*(10^-3); b=152*(10^-3); t=6.6*(10^-3); w=5.8*(10^-3); %pour une limite d'écoulement de Sy=350 MPa , Sy=350*10^6 %en Pa %surface de la poutre A= 2*b*t + (h-(t*2))*w %em m2 %Masse totale de lapoutre avec une masse lineaire d e la poutre est de 22 kg/m: M_lin =22; L=4.02; Mp=M_lin*L % en Kg % position de yt b*w +yt*w=Ac , la section de la po utre est symetrique yt = (h-2*t)/2 % e m %pour une limite d'écoulement de Sy=350 MPa , Sy=350*10^6 %en Pa % l'équation 12.16 nous donne ML= Sy * ( 2*(b*t)*(yt+t/2) + 2*(yt * w)*(yt/2) ) % en N.m % Facteur de sécurité FS=ML/7849 % le momoment exercé par le treuil plus le sacs st de 7849


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%================================================== ==============% %determination de l'épaisseur des parois du reservo ir: alpha=0.61; gho=2150*9.81; h=0.3; t=0.01; fprintf( 'contraine maximale est:' ) sigma2_max= (gho*h^2*tan(alpha)) / (4*t*cos(alpha)) sigma1_max= (3*h^2*gho*tan(alpha)) / (16*t*cos(alph a)) FS_2= Sy / abs(sigma1_max-sigma2_max) %================================================== =============% %Dimention de la poutre profilé I de type W pour l a structure vertical h=152*(10^-3); b=152*(10^-3); t=6.6*(10^-3); w=5.8*(10^-3); %Moment admissible par la poutre est poid_reservoir_soda= 1182.5 *9.81/3 poid_reservoir_cocob= 605*9.81/3 poid_reservoir_farine= 302.5*9.81/2 poid_poutre_reuil=88.44*9.81 poid_treuil=50*9.81 poid_sac=516*9.81 ML_admi= (poid_reservoir_soda*2.072)/3 + (poid_reservoir_farine*0.432)/3 + (poid_reservoir_ cocob*1.252)/2 %pour une limite d'écoulement de Sy=350 MPa , Sy=350*10^6; %en Pa %surface de la poutre A_2= 2*b*t + (h-(t*2))*w; %em m2 % position de yt b*w +yt*w=Ac , la section de la po utre est symetrique yt_2 = (h-2*t)/2; % en (m) %pour une limite d'écoulement de Sy=350 MPa , Sy=350*10^6 %en Pa % l'équation 12.16 nous donne ML_2= Sy * ( 2*(b*t)*(yt_2+t/2) + 2*(yt_2 * w)*(yt_ 2/2) ) % en N.m % Facteur de sécurité FS_3=ML_2/ ML_admi % le momoment exercé par le treuil plus le sac est de 7849


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Annexe C


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Annexe D