annexe e : plan technique du systeme de refroidissement - École ...

ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
ÉTUDE SUR L’UTILISATION DE L’EAU À LA
CENTRALE THERMIQUE DE L’ÉCOLE
POLYTECHNIQUE ET NOUVELLE CONCEPTION
DU SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT DES
COMPRESSEURS À AIR
PROJET DE FIN D’ÉTUDES
Soumis comme condition partielle à l’obtention du Baccalauréat en ingénierie
DÉPARTEMENT DE GÉNIE MÉCANIQUE
Décembre 2004
Présenté par Martin Bourbonnais

i
SOMMAIRE
ÉTUDE SUR L’UTILISATION DE L’EAU À LA CENTRALE THERMIQUE DE L’ÉCOLE
POLYTECHNIQUE ET NOUVELLE CONCEPTION DU SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT DES
COMPRESSEURS À AIR
De façon générale, la consommation de l’eau comme ressource naturelle est un sujet de
préoccupation sans cesse grandissant. La rareté, la nature épuisable et le coût de l’eau en
faisant foi. C’est pourquoi le présent rapport dresse un portrait réel et précis des diverses
utilisations de cette précieuse ressource. On y illustre en détail les différents secteurs
consommateurs en apportant une emphase particulière au niveau des industries. Pour ce
faire, l’ensemble des données et précision techniques industrielles sont tirées de la
centrale thermique de l’École Polytechnique qui joue le rôle d’industrie témoin dans le
cadre du travail.
Ce faisant, les résultats recueillis nous permettront d’analyser la consommation de la
centrale thermique, d’en identifier les point faibles et de proposer une conception
nouvelle à un système trouvé inadéquat.
C’est que 17% de l’eau de surface traitée est utilisé par le secteur industriel, et de cette
proportion, 63% l’est par des centrales thermiques. Il devient donc évident qu’une
mauvaise gestion de la ressource pour l’ensemble de ce secteur entraîne des pertes plus
qu’importante.
On a donc pu, à la lumière de ces recherches et analyses, proposer une nouvelle
conception au système de refroidissement des compresseurs à air qui permet
d’économiser 10% d’eau par rapport à son prédécesseur. En plus des nombreux
avantages techniques en découlant, le système réduit les coûts d’opération et maximise le
rendement de refroidissement de l’ordre de 10%. Suite à ces résultats encourageants,
l’étude pour l’implantation de système similaire dans l’École est présentement en cours.
Mots-clés : eau – consommation industrielle – système de refroidissement – eau glacée.

ii
TABLE DES MATIÈRES
SOMMAIRE ______________________________________________________________________I
TABLE DES MATIÈRES ___________________________________________________________ II
REMERCIEMENTS______________________________________________________________
IV
LISTE DES TABLEAUX ___________________________________________________________ V
LISTE DES FIGURES ____________________________________________________________
VI
LISTE DES SYMBOLES __________________________________________________________VII
INTRODUCTION_________________________________________________________________ 1
REV UE DE LA DOCUMENTATION_________________________________________________ 2
1. L’IMPORTANCE DE L’EA U EN INDUSTRIE ____________________________________ 3
1.1 NOTRE CONSOMMATION D’EAU ________________________________________________4
1.1.1 Répartition mondiale de la ressource ________________________________________ 4
1.1.2 Consommation résidentiel ________________________________________________ 5
1.1.3 Consommation du secteur industriel_________________________________________ 7
1.2 ANALYSE DE LA CONSOMMATION À LA CENTRALE THERMIQUE_________________________9
1.2.1 Consommation générale__________________________________________________ 9
1.2.2 Équipements consommateurs _____________________________________________ 12
1.3 ENJEUX ÉCONOMIQUE ET ÉCOLOGIQUE__________________________________________14
1.1.4 Aspects économiques ___________________________________________________ 14
1.1.5 Aspects écologiques ____________________________________________________ 15
2. DES PERTES INACCEPTABLES ______________________________________________ 16
2.1 ILLUSTRATION D’UNE CONSOMMATION DÉFICIENTE ________________________________17
2.1.1 Description générale ___________________________________________________ 17
2.1.2 Impacts inhérents______________________________________________________ 18
3. NOUVELLE CONCEPTION DU SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT _______________ 20
3.1 ÉTUDE PRÉLIMINAIRE ET PRISE DE DÉCISION______________________________________21
3.1.1 Choix du réseau d’eau __________________________________________________ 21
3.1.2 Composantes techniques_________________________________________________ 22
3.1.3 Connexions importantes_________________________________________________ 24
3.2 RAFFINEMENT DE LA SOLUTION _______________________________________________24
3.2.1 Approbation du projet __________________________________________________ 25
3.2.2 Recherche d’équipements ________________________________________________ 25
3.2.3 Planification de la réalisation_____________________________________________ 25
4. ANALYSE POST-IMPLANTATION____________________________________________ 27
4.1 BILAN DE MISE EN SERVICE __________________________________________________28
4.1.1 Avantages et inconvénients du nouveau système _______________________________ 28
4.1.2 Les étapes futurs_______________________________________________________ 29
4.2 NOUVEAUX RENDEMENTS ENGENDRÉS__________________________________________30
4.2.1 Détails des calculs_____________________________________________________ 30
4.2.2 Les gains obtenus______________________________________________________ 31
CONCLUSION __________________________________________________________________ 33

iii
RECOMMANDATIONS __________________________________________________________ 34
RECOMMANDATIONS GENERALES : ___________________________________________________34
RECOMMANDATIONS TECHNIQUES :___________________________________________________34
RÉFÉRENCES __________________________________________________________________ 35
DOCUMENTS BIBLIOGRAPHIQUES ET REVUES ____________________________________________35
SITES INTERNET _________________________________________________________________35
ANNEXE A : VUES DIMENSIONNELLES DU COMPRESSEUR _________________________ 36
ANNEXE B : SPÉCIFICATIONS DU COMPRESSEUR QSI 245__________________________ 37
ANNEXE C : REFROIDIS SEMENT DE L’AIR________________________________________ 39
ANNEXE D : REFROIDIS SEMENT DE L’HUILE _____________________________________ 41
ANNEXE E : PLAN TECHNIQUE DU SYSTEME DE REFROIDISSEMENT _______________ 43
ANNEXE F : ÉCHANGEURS « SHELL AND TUBE » __________________________________ 44
DISTRIBUTION DE LA TEMPÉRATURE POUR UN ÉCHANGEUR « SHELL AND TUBE » : _________________44
FACTEUR DE CORRECTION (F) POUR UN ÉCHANGEUR « SHELL AND TUBE » :______________________44
ANNEXE G : DÉTAILS DES CALCULS DE RENDEMENTS ____________________________ 45
RÉSEAU D’EAU DOMESTIQUE :_______________________________________________________45
RÉSEAU D’EAU GLACÉE :___________________________________________________________45

iv
REMERCIEMENTS
Je tiens à remercier tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de se
document. Plus particulièrement :
Bruno Detuncq, Directeur de mon PFE
Pour son appui, ses conseils et son encouragement dans le processus de réalisation
du travail.
Michel Lareau, Directeur et responsable de la centrale thermique
Pour m’avoir fait confiance dans la re-conception du système de refroidissement
des compresseurs. Aussi, pour son aide indispensable et son écoute attentive tout
au long de mon cheminement.
Les employées de la centrale thermique et les plombiers
Pour leur disponibilité, leur aide et leur convivialité lo rs de mes nombreuses
questions.
Je m’en voudrais de passer sous silence d’autres acteurs de soutiens sans qui le travail ne
serait pas ce qu’il est présentement. Je pense ici à :
Marc Bisaillon
Amélie Blackburn
Sophie Blais
Raymond Desjardins
Patrice Inkel
Nicolas Lafleur Prud’homme
Jean-François Tremblay
Enfin, je ne voudrais pas oublier M. Ahmed Daoud, responsable des projets de fin
d’étude, qui par son acceptation du projet m’a permis de pouvoir cheminer vers
l’obtention de mon baccalauréat.

v
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 4-1 AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DU NOUVEAU SYSTÈME DE
REFROIDISSEMENT __________________________________________________________28
TABLEAU 4-2 CARACTÉRISTIQUES DE BASES DES COMPRESSEURS QUINCY ____________31
TABLEAU 4-3 HYPOTHÈS ES DANS LE CALCUL DES RENDEMENTS _____________________31
TABLEAU 4-4 GAINS DE REFROIDISSEMENT DES COMPRESSEURS _____________________32

vi
LISTE DES FIGURES
FIGURE 1 -1 PRÉLÈVEMENTS ET CONSOMMATION D’EAU DANS LE MONDE ______________4
FIGURE 1 -2 RÉPARTITION DE LA CONSOMMATION D’EAU MUNICIPALE _________________5
FIGURE 1 -3 RÉPARTITION DE LA CONSOMMATION D’EAU DOMESTIQUE ________________6
FIGURE 1 -4 RÉPARTITION DE LA CONSOMMATION D’EAU INDUSTRIELLE _______________7
FIGURE 1 -5 DISTRIBUTION DE LA CONSOMMATION INDUSTRIELLE EN EAU _____________8
FIGURE 1 -6 BILAN ANNUEL DE CONSOMMATION DE LA CENTRALE THERMIQUE (M³)____10
FIGURE 1 -7 BILAN MOYEN MENSUEL DE CONSOMMATION DE LA CENTRALE THERMIQUE
(1995 À 2004) ________________________________________________________________11
FIGURE 2 -1 CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT DES COMPRESSEURS (ANCIEN)_____________17
FIGURE 2 -2 COÛT ANNUEL DES PERTES À LA CENTRALE _____________________________19
FIGURE 3 -1 CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT DES COMPRESSEURS (NOUVEAU) __________22
FIGURE 4 -1 ÉCHANGEUR COQUE ET TUBE __________________________________________30
FIGURE 4 -2 RENDEMENTS RELATIFS DE REFROIDISSEMENT ET DE CONSOMMATION ____32

vii
LISTE DES SYMBOLES
EG EAU GLACÉE 21
ECBT EAU CHAUDE BASSE TEMPÉRATURE 21
ECHT EAU CHAUDE HAUTE TEM PÉRATURE 21
NO NORMALEMENT OUVERTE 22
NF NORMALEMENT FERMÉE 22
R FACTEUR D’ENCRASSEMENT DES ÉCHANGEURS DE CHALEUR 31
''
f
U COEFFICIENT GLOBALDES ÉCHANGEURS DE CHALEUR 31
A AIRE TOTALE D’ÉCHANGE DES ÉCHANGEURS DE CHALEUR 31
q TRANSFERT DE CHALEUR DANS LES ÉCHANGEURS 32
F FACTEUR DE CORRECT ION DES ÉCHANGEURS DE CHALEUR 32
T lm LOG MEAN TEMPERATURE DIFFERENCE 32
T EMPLACEMENT D’UN T HERMOMÈTRE 43
M EMPLACEMENT D’UN M ANOMÈTRE 43

Introduction 1
INTRODUCTION
L’eau au Québec a toujours été la richesse la plus profitable pour la province, son
abondance en faisant foi. Cependant, la consommation excessive de cette ressource
épuisable est devenue de plus en plus inquiétante pour la population. Les coûts
astronomiques investis pour son traitement et son apport ne nous permet donc pas de
négliger aveuglément son utilisation. En industries, par exemple, des installations
vieillottes et des systèmes inefficaces sont souvent la cause première de gaspillage
abondants d’eau.
Une prise de conscience globale du problème a donc provoqué dernièrement une analyse
des modes de consommation industrielles. Davantage d’argent est maintenant injecté
dans la mise sur pied d’étude visant à améliorer l’efficacité de l’utilisation de cette
ressource précieuse et indispensable en industrie.
Ce rapport consiste donc principalement en l’étude sommaire d’une consommation
industrielle en illustrant justement les problèmes inhérents s’y rattachant. Un portrait de
la répartition des acteurs consommateurs de la ressource est également proposé pour
avoir une idée plus juste des impacts en découlant. Le rapport cible aussi tout
particulièrement une déficience majeure au niveau d’un système de refroidissement des
compresseurs à air de la centrale thermique de l’École Polytechnique de Montréal. Ce
faisant, une nouvelle conception du système a été réalisé afin d’enrailler les pertes d’eau
et les résultats en découlant sont présentés en dernière partie du présent document.
C’est donc l’analyse post-implantation du nouveau système qui servira de phare pour
déterminer si des changements semblables sont envisageables en industrie pour prévenir
ce genre de pertes.
Les conclusions serviront donc de point de départ à une réévaluation totale de l’utilisation
de l’eau à l’École dans le but de faire emboîter le pas aux autres grandes entreprises.

Revue de la documentation 2
REVUE DE LA DOCUMENTATION
L’importance de l’eau et son abondance au Québec a initié plusieurs études au niveau de
la consommation qui en est faite. Son aspect épuisable et sa valeur propre ont motivé les
gens à vouloir en savoir davantage sur les régulations de son utilisation et surtout sur
l’efficacité des systèmes régulateurs. Les études faites jusqu’à maintenant à ce sujet
cibles principalement les tendances de consommation des ménages et des industries, la
répartition des secteurs consommateurs et les coûts d’exploitation.
La plupart des conclusions qui sont tirées citent une surconsommation d’eau dans les
secteurs industriels tels les raffineries et les manufactures diverses, les centrales
thermiques et l’agriculture. Selon l’Atlas du Canada , c’est 16% de la consommation
totale d’eau qui est absorbé par l’industrie * .On peut aussi lire sur le site de Ressources
Naturelles Canada que le coût de chauffage de l’eau des ménages canadiens peut
représenter jusqu’à 15% de la valeur totale de leur facture d’énergie † . Au niveau de
l’analyse de consommation, beaucoup d’études abondent dans le même sens, soit que
plusieurs systèmes désuets sont responsables de pertes d’eau énormes. Elles font
mentions des infrastructures de transport déficientes au niveau des municipalités et de
gaspillage incontrôlé dans certaines industries.
Malgré tout le bon vouloir de ces études et du sérieux avec lequel elles ont été produites,
peut d’entre elles tentent de proposer des solutions concrètes aux problèmes identifiés. Ce
contentant de n’en faire que mention, elle n’arrive pas à convaincre la société qu’il faut
agir rapidement et simplement en suggérant de nouvelles méthodes de consommation ou
en proposant des alternatives faciles à la surconsommation.
C’est pourquoi, dans l’étude suivante, nous tenterons de dresser un portrait général et
véridique de la consommation d’une petite centrale thermique en se basant sur les
informations déjà publiées. Mais nous pousserons plus en avant l’analyse en proposant
une solution complète à un problème bien réel.
* Les données sont tirées du site : http://atlas.gc.ca/site/francais/maps/freshwater/consumption/industrial/
† Les données sont tirées du site : http://oee.nrcan.gc.ca/Trucs/ConsomEau.cfm

CHAPITRE 1
1. L’IMPORTANCE DE L’EAU EN
INDUSTRIE

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 4
1.1 NOTRE CONSOMMATION D’EAU
1.1.1 Répartition mondiale de la ressource
L’abondance de l’eau au Québec tend à nous aveugler sur sa rareté dans le monde et sur
l’importance qu’on doit lui accorder. Étant une ressource épuisable, une mauvaise gestion
dans le présent va nous mener vers des conséquences désastreuses dans le futur ; et ce
futur frappe déjà à nos portes. Malheureusement, comme dans n’importe quel domaine
actuel, la répartition de l’eau sur le globe n’est pas équitable. Certain continent comme
l’Afrique vive des situations pénibles que nous pouvons à peine imaginer en ce qui
concerne l’apport et la consommation de l’eau. Comme on peut le voir sur la figure cibas,
l’Asie arrive bon premier en ce qui concerne la consommation mondiale. Vient
ensuite l’Amérique du nord et l’Europe, puis tous les autres qui n’arrivent pas à
concurrencer au niveau du volume de consommation.
Figure 1-1 Prélèvements et consommation d’eau dans le monde *
* La figure est tiré du site : http://www.un.org/french/pubs/chronique/2003/numero1/0103p40.pdf

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 5
Un des points intéressants à soulever sur le sujet et sur la figure, c’est qu’il existe une
complète divergence entre la quantité d’eau prélevée et la proportion de cette eau qui est
consommée. En d’autres mots, c’est dans les pays où l’abondance d’eau est limitée qu’on
observe une gestion efficace de la ressource. Dans les autres pays, comme un Canada par
exemple, l’omniprésence de l’eau provoque une insouciance face à sa gestion et il en
résulte donc une consommation abusive et/ou déficiente. L’observation est inquiétante
car elle nous rappelle qu’une bonne partie de nos réserves d’eau mondiale sont gaspillée
ou perdue dans le processus. Évidemment, les conséquences au niveau économique
doivent être dramatiques pour ces pays, mais nous n’entrerons pas en profondeur sur cet
aspect pour le moment.
Suite à ces observations, il faut se mettre à l’évidence que la route à faire pour arriver à
une consommation uniforme et efficace au niveau mondial n’est à toute fin pratique pas
envisageable. La grosseur du problème étant son principal inconvénient. Par contre,
certains pays plus industrialisés devraient prendre le virage écologique qu’on déjà
entrepris l’Australie et l’Afrique et investirent davantage d’effort, de temps et d’argent
pour consommer adéquatement cette précieuse ressource.
1.1.2 Consommation résidentiel
La consommation résidentielle en
eau correspond en majeure partie à
des besoins essentiels qui ne
varient que très peu. Contrairement
au secteur industriel, les ménages
représentent une bonne proportion
de l’éventail total, soit environ 52%
de l’eau consommé. Ce faisant, les
Industriel
17%
Commercial
18%
Fuites
13%
Résidentiel
52%
Figure 1-2 Répartition de la consommation d’eau
municipale †
† Le graphique est tiré du site : http://atlas.gc.ca/site/francais/maps/freshwater/consumption/commercial/

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 6
habitudes en utilisation d’eau des ménages amènent de grandes répercussions sur
l’ensemble de la consommation globale. On constate aussi sur le graphique qu’une bonne
proportion est attribuable aux fuites dans les systèmes d’apport d’eau.
Il est à noter aussi que c’est dans ce même secteur que les solutions aux problèmes de
surconsommation ou de gaspillage d’eau sont les plus facile à déterminer et ce, à peu de
frais. C’est que puisque la majeure partie des pertes est causée par des fuites, leur
provenance devient vite évidente. À titre d’exemple, un robinet qui fuit à raison d’une
goutte par seconde gaspille environ 9000 litres d’eau par an ou l’équivalent de 16 bains
par mois ‡ . On voit bien que l’impact est démesurément grand en rapport à l’effort
nécessaire pour enrailler le problème. C’est donc dire que si l’ensemble de la population
agit convenablement à l’intérieur de leur habitation, les répercussions peuvent tout de
même avoir des conséquences prometteuses.
Sur le graphique qui suit, on dresse le
portrait de la répartition des composantes
consommatrices dans une habitation
résidentielle unifamiliale. On remarque que
les salles de bain sont l’endroit où il se
consomme le plus d’eau avec 65%. Suite
aux dires précédents, on peut bien faire la
relation entre les fuites évidentes et les
accessoires d’une salle de bain qui ne sont
pas très économique en eau. Nous n’avons
ici qu’a penser à la chasse d’eau de toilette qui engloutie à chaque fois, c’est le cas de le
dire, pas moins de 10 litres d’eau. De surcroît, sachant que les canadiens consomment en
moyenne deux fois plus que les européens, soit environ 343 litres d’eau par jour ** , il va
sans dire que des problèmes sont bien présents dans nos domiciles.
Figure 1-3 Répartition de la consommation
d’eau domestique §
‡ Les données sont tirées du site : http://oee.nrcan.gc.ca/Trucs/ConsomEau.cfm
§ Le graphique est tiré du site : http://www.planetecologie.org/ENCYCLOPEDIE/Statistiques/P504.htm
** Les données sont tirées du site : http://www.planetecologie.org/ENCYCLOPEDIE/Statistiques/P504.htm

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 7
1.1.3 Consommation du secteur industriel
Dans le secteur industriel, il est plus complexe d’évaluer avec certitude la consommation
en eau. Premièrement, chaque entreprise a des besoins bien particuliers en eau et ces
besoins varient énormément d’un établissement à un autre. Deuxièmement, il est difficile
de retrouver des données conforment et sans contradiction à ce sujet car chaque étude
ayant été réalisée n’aborde pas le secteur industriel du même point de vue. Pour certaines,
le secteur industriel est l’ensemble des industries, des commerces et des institutions
(écoles, hôpitaux, etc.). Tandis que pour d’autre, tous les secteurs mentionnés sont
scindés pour former des entités distinctes. Les chiffres semblent donc pertinents à certains
moments et aberrants dans d’autres tout dépendant de la définition que l’on adopte.
Pour ce travail, nous prendrons pour référence que le secteur industriel est un ensemble
bien distinct du secteur commercial – comme on peut le voir sur graphique de la section
précédente – comprendra les institutions et les commerces.
Ce faisant, nous pouvons observer
sur le graphique suivant que le
pourcentage de consommation
d’eau relié aux industries , soit
17%, est réparti de manière peu
uniforme. Plus de la moitié de
l’eau industrielle est consommée
par les centrales thermiques, sur
Centrale thermique
63%
lesquelles seront basé la majeur partie des analyses du présent document. S’en suivent,
avec des pourcentages similaires, les manufactures (16%) et les utilisations municipales
(11%). Puis finalement, l’agriculture avec 9% qui au Canada n’est pas une
consommatrice aussi vorace que dans d’autres pays et les mines (1%).
Mines
1%
Industries
manufacturières
16%
Utilisations
municipales
11%
Figure 1-4 Répartition de la consommation d’eau
industrielle ††
Agriculture
9%
L’industrie n’étant pas aussi régulière dans sa consommation pour cause de besoins sans
cesse changeant, il est difficile de prévoir les causes des pertes avec certitude. On peut
par contre savoir qu’une quantité assez importante d’eau, dans différents secteurs, est

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 8
perdu suite à des utilisations dans divers systèmes de refroidissement, comme dans les
centrales thermiques par exemple. Mais nous reviendrons sur le sujet un peu plus tard.
D’autres pertes sont aussi attribuables aux secteurs alimentaires où l’utilisation pour fins
de nettoyage et de stérilisation est primordiale. Somme toute, on pourrait dire qu’il y a
autant de pertes que de type d’utilisation pour le secteur industrielle. Cependant, il ne
faudrait pas penser qu’il y a continuellement abus de la ressource. Plusieurs entreprises
priorisent l’utilisation limitée de l’eau mais malgré tout, il y aura toujours place pour
amélioration.
Un autre point intéressant au niveau de la consommation industrielle au Canada réside
dans la relation étroite qui relie quantité consommée et localisation sur le territoire.
Consommation industrielle
en eau, par bassin de
drainage océanique (mètres
cubes/jour/personne)
0
0.0390
0.0470
0.0560
0.0920
Un mètre cube équivaut
à 1000 litres
Régions à l'extérieur du
Canada
Frontières et limites
Frontière internationale
Ligne de séparation,
Canada / Kalaallit
Nunaat
ZEE (200 milles)
Figure 1-5 Distribution de la consommation industrielle en eau ‡‡
Comme on peut l’observer sur la carte, la distribution de la consommation correspond
environ aux grands centres populeux. Par contre, les valeurs élevées observées dans les
régions éloignées aux grands centres s’expliquent par la présence abondante d’industries
en ces lieux.
†† Le graphique est tiré du site : http://atlas.gc.ca/site/francais/maps/freshwater/consumption/industrial/

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 9
1.2 ANALYSE DE LA CONSOMMATION À LA CENTRALE THERMIQUE
1.2.1 Consommation générale
Comme on le disait dans la section précédente, les centrales thermiques sont une industrie
qui consomme de grande quantité d’eau dans leur processus de fonctionnement. Par
contre, il ne faudrait pas penser uniquement à une surconsommation car ce genre
d’entreprise, de part les grandes quantités d’équipements quelle possèdent, ne peut être
considérée sur un pied d’égalité envers ses congénères. C’est pourquoi, dans la section
suivant celle-ci, nous ferons un survol technique des appareillages consommateurs d’eau
en décrivant sommairement leurs caractéristiques et leur fonctionnement.
Mais tout d’abord, tentons de dresser un portrait d’une consommation typique pour une
centrale thermique §§ . Pour ce faire, nous regarderons l’évolution de l’eau consommée sur
une période de 8 ans entre les années 1995 et 2004. Pour la centrale de l’École
Polytechnique de Montréal, on peut observer un tendance à la baisse pour la
consommation total d’eau ; ce qui porte à croire que plusieurs méthodes ont été mises en
place pour réduire la consommation dans les dernières années. En réalité, la baisse de
24,1% est l’indicateur que les moyens mis en place sont fonctionnels. De plus, on note
une hausse inhabituelle pour l’année 1999 ; hausse attribuable à des changements majeurs
d’équipements. Pour ce qui s’agit des valeurs consommées en m 3 , il faut savoir qu’une
partie n’est pas directement utilisée par la centrale mais bien par le réseau de l’école. Par
contre, l’autre partie, qui représente environ 5 à 10% de la consommation totale, sert
uniquement aux réseaux de la centrale (chaudières, systèmes de refroidissement de
machines). Cette quantité est acceptable pour une centrale de cette envergure si on la
compare à d’autres.
‡‡ La carte est tiré du site : http://atlas.gc.ca/site/francais/maps/freshwater/consumption/industrial/
§§ L’ensemble des données sont celles de la centrale thermique de l’École Polytechnique de Montréal. Elles
sont disponibles suites à une analyse technique réalisée par moi-même.

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 10
500000
Bilan annuel de consommation
450000
400000
Consommation total (m3)
350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
0
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
Figure 1-6 Bilan annuel de consommation de la centrale thermique (m³)
Il est aussi révélateur, pour bien comprendre la courbe de consommation, d’observer plus
en détail l’utilisation de l’eau au niveau mensuel. Ainsi, il est possible d’illustrer les mois
les plus critiques et de tirer des conclusions relativement aux types de systèmes en
fonction pour ces mêmes périodes.
Dans le graphique suivant, on s’aperçoit que contrairement à la croyance populaire, la
consommation d’eau est moins forte pour la période hivernale que pour la période
estivale. Cet aspect nous indique donc que la quantité d’eau utilisée dans les chaudières
pour le chauffage du bâtiment est moins importante que l’eau consommée en été pour
tous les usages normaux. Ce qu’il faut comprendre, c’est que la proportion d’eau
convertie en vapeur pour le chauffage est beaucoup plus faible que celle utilisée pour le

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 11
refroidissement des condenseurs et des autres appareillages. Ceci est d’ailleurs encore
plus vérifiable pour la période chaude puisque les appareils demandent un
refroidissement encore plus soutenu dû à la température.
Fait intéressant, c’est que les valeurs élevées enregistrées aux mois d’août et septembre
corresponde en partie à la période où des tests importants sont réalisés au bassin
d’hydrologie *** , et donc que celui-ci doit être complètement vidé puis rempli à nouveau.
Elles ne correspondent donc pas à une utilisation plus élevée.
35000
Bilan moyen mensuel de consommation
33000
Consommation total (m3)
31000
29000
27000
25000
23000
21000
19000
17000
15000
Janvier
Février
Mars
Avril
Mai
Juin
Juillet
Août
Septembre
Octobre
Novembre
Décembre
Figure 1-7 Bilan moyen mensuel de consommation de la centrale thermique (1995 à 2004)
***
Le bassin d’hydrologie, situé au local B-350 de l’École est utilisé pour effectuer des tests
d’hydrodynamisme et de résistance de structure submersible dans le cadre de projets de maîtrise.

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 12
1.2.2 Équipements consommateurs
Alors comme mentionné en début de section, nous ferons le point sur les différents types
d’appareillages consommateurs d’eau présent à la centrale. Nous décrierons brièvement
leur utilité et préciserons le pourquoi de leur consommation d’eau. Ce qu’il faut
comprendre ici c’est que consommation signifie en réalité «pertes » puisque cette eau
n’est pas récupérée dans la boucle.
3.1.2.1 Chaudières
Les chaudières ou bouilloires sont en quelques sortes le coeur de la centrale thermique.
Ce sont elles qui chauffent l’eau pour produire de la vapeur qui est ensuite utilisée dans le
réseau de chauffage de l’École. Sans entrer dans les détails de fonctionnement, il est
assez évident de comprendre que pendant le processus de chauffage de l’eau, il y a une
certaine quantité qui est perdue sous forme de vapeur. C’est justement cette vapeur de
même que les gaz de combustion de la chaudière qui sont évacués par la cheminée. Or,
cet équipement est donc un consommateur d’eau non négligeable sachant que son
efficacité est d’environ 70% à 85% tout dépendant de la puissance produite.
Par contre, il est important de mentionner que des systèmes adjacents aux bouilloires
existent sur le marché pour justement réduire ces pertes en vapeur ou d’un autre point de
vue, améliorer leur efficacité. Un de ces systèmes, le SOFAM, est en ce moment en cour
d’installation à la centrale. Leur utilité principale est de récupérer la chaleur des gaz
d’échappement dans la cheminée pour les faire condenser et réutiliser cette eau chaude
dans la boucle de chauffage. Ainsi, on récupère la quasi-totalité de l’énergie perdue, soit
environ une efficacité de fonctionnement des chaudières de plus de 95%.
3.1.2.2 Tour de refroidissement
Ce type d’appareil est omniprésent en industrie pour ses
applications pratiques car il offre un compromis idéal dans
lequel les capacités de refroidissement de l’eau sont préservées
et les inconvénients environnementaux sont réduits. En réalité, il
sert à réduire la température de l’eau des réseaux de

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 13
refroidissement pour que celle-ci puisse être réutilisée ultérieurement. C’est que l’eau de
refroidissement, une fois son travail accompli, est supérieur en température à ce qu’elle
était auparavant, et ce système permet donc à cette eau de recouvrir sa température
initiale. Il est une alternative au rejet dans les égouts, de cette eau, d’où son utilisation
abondante. Évidemment, une petite partie de l’eau est évaporée dans le processus de
retrait de la chaleur par le ventilateur de la tour. C’est donc à ce niveau qu’on peut dire
qu’il y a consommation d’eau. Par contre, cette perte est tout à fait justifiée puisque
l’utilisation de la tour permet de réduire de 50 à 70 fois la consommation d’une eau
possédant les mêmes capacités de refroidissement mais n’étant pas utilisée par la tour ††† .
Cependant, le problème majeur à la centrale et dans d’autres industries, réside dans le fait
que tous les réseaux d’eau ne sont pas connectés à ses tours de refroidissement.
3.1.2.3 Climatiseur fixe
Un autre appareil qui consomme une assez grande quantité d’eau est le climatiseur fixe.
Utilisé dans plusieurs locaux de l’École pour des fins de climatisation, ce type de
climatiseur est refroidi à l’eau et non pas à l’air comme les climatiseurs de fenêtre
conventionnels. Seul problème, l’eau de refroidissement de l’ensemble de ces
climatiseurs n’est pas connectées aux systèmes de tours d’eau – comme on en faisait
mention auparavant. Il en résulte donc des pertes énormes lors du fonctionnement, soit
approximativement 4 à 5 gallons par minutes d’eau ‡‡‡ qui est rejetée directement aux
égouts.
3.1.2.4 Pompes de chauffage et de vide
Pour ces deux types de pompes, la consommation n’est pas du même aspect que les
autres appareils décrit plus haut. Ce n’est pas dans le procédé de pompage des pompes
qu’il y a consommation d’eau mais bien dans le refroidissement des joints d’étanchéités
de l’arbre de transmission. L’âge de ces pompes est la raison première de ce type de
fonctionnement peu économique. Lorsque la pompe est en fonction, un filet d’eau est
††† Les données sont fournies par la centrale thermique de l’École Polytechnique de Montréal
‡‡‡
Les données sont tirées du site : http://www.lenntech.com/fran%C3%A7ais/Recyclage-eau-tourrefroissement.htm

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 14
injecté sur le joint pour que celui-ci ne monte pas trop en température et que l’huile de
lubrification garde ses propriétés. Cette eau chaude en ensuite drainée vers les égouts.
Pour les pompes à vide, le phénomène est plus constant à travers l’année que pour les
pompes de chauffage, ce qui fait que leur consommation est plus importante. On évalue à
environ 1 à 2 gallons par minutes §§§ la quantité d’eau gaspillée lorsque la pompe est en
marche.
1.3 ENJEUX ÉCONOMIQUE ET ÉCOLOGIQUE
L’effet et les répercussions qu’une surconsommation d’eau peut amener à court et long
terme deviennent de plus en plus actuels et inquiétants. En réalité, des agissements
concrets sont essentiels dès maintenant pour prévenir une détérioration de
l’environnement et pour éviter un gouffre économique sans précédent. Nous analyserons
donc séparément les aspects économiques de même qu’écologiques de la cons ommation
d’eau afin d’illustrer les enjeux globaux de cette tendance.
1.1.4 Aspects économiques
On sait tous que l’argent, d’une certaine façon, mène le monde. C’est pourquoi l’industrie
tente continuellement de réduire ses effectifs et ses dépenses pour rentabiliser davantage
ses actions. La consommation d’eau n’en fait maintenant plus exception. On ne pouvait
en dire autant auparavant lorsque l’eau était une ressource gratuite pour tous et que son
traitement n’était assuré que par le gouvernement. Maintenant, les données on bien
changées et l’implantation imminente de compteur d’eau dans les grandes industries a
poussé celle-ci à réviser leur tire face à leur consommation. N’étant bientôt plus une
ressource gratuite, les entreprises n’ont d’autre choix que de moderniser leurs
installations relatives à l’eau pour avoir des rendements à la hausse.
Cet aspect est d’autant plus réel que certaines industries vont même jusqu’à changer
complètement certains systèmes utilisant l’eau pour les remplacer par d’autre. On a ici
qu’à penser aux urinoirs secs qui commencent à faire leur apparition. La quantité d’eau
§§§ Les données sont fournies par la centrale thermique de l’École Polytechnique de Montréal

Chapitre 1 – L’importance de l’eau en industrie 15
consommée est maintenant un enjeu de tous les jours et sa réduction ne dépend que de s
gestes que nous poserons.
Par contre, il y a divergence dans cette logique puisque certains investissements
nécessaires à la réfection de systèmes trop avare d’eau sont supérieurs à ce que
l’entreprise pourra sauver en taxe d’eau. C’est donc dire qu’il devient parfois plus
rentable pour elles de garder leur consommation élevée telle quelle plutôt que de modifier
les installations. Ce dilemme reste pour l’instant sans réponse idéale mais chose certaine,
c’est que sa présence ne s’estompera pas avec le temps.
1.1.5 Aspects écologiques
Au niveau de l’environnement, les choses ont dues bouger rapidement aussi.
L’écosystème étant de nos jours d’une fragilité de cristal, les changements se doivent
d’être radicaux et rapides pour ne pas se retrouver avec des conséquences irréversibles.
On sait que les réserves d’eau sont abondantes au Canada, soit près de 9% de la ressource
mondiale pour un peu moins de 1% de la population **** . Cependant, elles ne sont tout de
même pas infinies et il faut préserver ces réserves. Mais à quelle prix ?
Il est question ici de réduire la consommation d’eau pour préserver la ressource mais
aussi de gérer convenablement les rejets d’eau inévitables que l’on fait. Il a été démontré
que des variations de la température de l’eau a des influences sur l’écosystème des
bassins hydrographiques. C’est donc dire que si nous envoyons à l’égout de l’eau ayant
servie au refroidissement d’équipement en industrie, sa température peut avoir des
répercussions sur la faune et la flore où elle sera jetée. De plus, une consommation
excessive peut entraîner des pénuries locales qui paralysent les fonctions vitales d’un ou
plusieurs établissements, voir même un quartier en entier. La prise de conscience des
gens face à cette réalité aide à l’amélioration collective de l’utilisation de l’eau mais elle
contient quand même ses limitations.
**** Les données sont tirées du site : http://atlas.gc.ca/site/francais/maps/freshwater/distribution/1

CHAPITRE 2
2. DES PERTES INACCEPTABLES

Chapitre 2 – Des pertes inacceptables 17
2.1 ILLUSTRATION D’UNE CONSOMMATION DÉFICIENTE
2.1.1 Description générale
Jusqu’à maintenant, nous avons pu dresser un portrait de la consommation d’eau à
plusieurs niveaux et nous avons compris quels impacts imminents pourraient nous frapper
si la situation reste inchangée. Dans cette deuxième partie du travail, nous discuterons
attentivement d’une problématique bien réelle relevée à la centrale thermique. Nous
identifierons les points majeurs de cette consommation déficiente et expliquerons les
conséquences de celles-ci.
Comme mentionné dans la partie subséquente du travail, plusieurs appareillages
comportaient des lacunes dans leur fonctionnement. À plus ou moins forte échelle, ils
rejetaient à l’égout tous une portion de l’eau qu’ils consommaient sans possibilité de
récupération. Ce même problème a aussi pu être identifié sur le système de
refroidissement des compresseurs à air de la centrale thermique. Seulement, cette fois-ci,
les pertes s’élevaient davantage que pour les autres appareils et le phénomène était visible
en quasi permanence. Afin de bien comprendre le circuit de refroidissement en entier, un
croquis technique est présenté ci-bas :
APPORT EAU DOMESTIQUE
Compresseurs à air
EAU PRÉCHAUFFÉE
Échangeur à plaques
EAU DE CHAUFFAGE
RETOUR DES COMPRESSEURS
ÉGOUT
Figure 2-1 Circuit de refroidissement des compresseurs (ancien)

Chapitre 2 – Des pertes inacceptables 18
On peut voir sur le croquis qu’il y a trois compresseurs mais il faut savoir qu’il est très
rare, voir même impossible qu’ils soient en marche simultanément. Au plus, deux
d’entres eux sont en fonction en même temps durant les périodes de pointe. De plus,
l’échangeur de chaleur identifié en bleu n’altère aucunement le système. Il permet
seulement de réchauffer l’eau de chauffage pour diminuer la charge des chaudières.
De façon générale, l’eau circule en permanence dans la boucle de refroidissement. Par
contre, ce n’est seulement que lorsqu’un compresseur est en fonction qu’il y a réellement
transfert de chaleur pour le refroidissement. Or, comme le circuit est ouvert – c’est-à-dire
qu’il n’y a pas récupération continuelle de l’eau – des pertes sont présentes en continue
24 heures sur 24. C’est que la totalité de l’eau de refroidissements aux retours des
compresseurs, après avoir réchauffé l’eau de chauffage du second circuit, est jetée
directement à l’égout. De là provient donc la déficience majeure de ce système de
refroidissement.
2.1.2 Impacts inhé rents
Maintenant que nous connaissons le problème, il serait bon de quantifier les impacts s’en
découlant. On peut, affirmer que les répercussions d’un tel système ne peuvent que
comporter des conséquences négatives. En réalité, les conséquences de ce
fonctionnement sont de deux types, dans un premier temps, un gaspillage énorme d’eau,
puis dans un second, des coûts relatifs excessivement élevés.
Prenons tout d’abord la consommation d’eau. Des pertes en continues qui ne respectent ni
l’écologie et ni la préservation de la ressource ne sont pas des arguments pour valoriser
une consommation intelligente. Sachant que les pertes se chiffraient à environ 4 à 5
gallons par minutes – soit 15 à 19 litres –, il n’était pas question ici d’une légère fuite. De
plus, on pourrait aussi identifier des pertes d’ordre thermiques dans le système. C’est que
l’eau chaude ayant refroidis les compresseurs possède une quantité importante de chaleur
sensible qui est, elle aussi, rejetée aux égouts. On perd donc ici une capacité de
réchauffement plus qu’intéressante utilisable à divers niveaux. Ces d’ailleurs l’ensemble
de ces pertes qui sont la source du second problème s’y découlant.

Chapitre 2 – Des pertes inacceptables 19
Pour ce qui s’agit des coûts, ils ne sont que le reflet de l’abondance de l’eau gaspillée.
Évidemment, pour l’instant, ces coûts ne sont pas épongés directement par la centrale
mais bien par la population puisque le traitement de cette eau potable perdu est soutenu
par l’ensemble des contribuables. On pourrait aussi aller plus loin et supposer que des
compteurs d’eau soient en fonction dans l’industrie (ce qui est loin d’être improbable
dans les années à venir). Dans cette optique, les coûts sont donc multipliés par le prix au
litre de l’eau et la facture s’allonge drastiquement.
À titre indicatif seulement, on représente dans le graphique suivant, les courbes des coûts
en fonction de la perte d’eau sur une année. On y illustre les deux cas décrit, soient avec
compteurs et sans compteur. On utilise dans ce graphe des données moyennes pour le
coût du traitement de l’eau * dans les deux situations.
Or, on voit bien que la
différence est notable pour
les deux cas illustrés. Il y a
un supplément de plus de
600$ pour la situation
hypothétique des compteurs
d’eau sur une période de un
an. On peut déduire de ces
résultats que le
consommateur épongerait
directement 30% de ces
coûts d’utilisation si on
Coût moyen ($)
Coût moyen ($)
3000
3000
2500
2500
2000
2000
1500
1500
1000
1000
Coût annuel des pertes d'eau à la centrale thermique
Coût (dû annuel au système des de pertes refroidissement d'eau à des la centrale compresseurs) thermique
(dû au système de refroidissement des compresseurs)
2630,88
2630,88
Sans compteur (0,22$/m³)
Sans compteur (0,22$/m³)
Avec compteurs (0,29$/m³)
1995,84
Avec compteurs (0,29$/m³)
1995,84
500
500
0
0
Année
Année
Figure 2-2 Coût annuel des pertes à la centrale
supposait l’implantation de la seconde alternative, et ce, annuellement. Par extrapolation,
on peut donc conclure qu’il n’en coûterait pas moins de 6000 $ pour une période de dix
ans ; montant qui, supposons le, ne dépasse pas celui de l’implantation d’un nouveau
système.
* On considèrera ici le coût de traitement pour la ville de Montréal, soit 0,22$/m³ (incluant le pompage)
pour les industries sans compteur et 0,29$/m³ (incluant le pompage) pour les industries avec compteurs.

CHAPITRE 3
3. NOUVELLE CONCEPTION DU
SYSTÈME DE
REFROIDISSEMENT

Chapitre 3 – Re-conception du système de refroidissement 21
3.1 ÉTUDE PRÉLIMINAIRE ET PRISE DE DÉCISION
Cette section portera sur le développement de la conception du nouveau système de
refroidissement des compresseurs à air. On y abordera les différentes étapes et les choix
qui ont été faits durant le processus. Certains aspects plus techniques y seront aussi traités
de même que les difficultés rencontrées pendant la réalisation.
3.1.1 Choix du réseau d’eau
Le premier point qui fut abordé dans la re-conception fut celui de savoir avec quel réseau
d’alimentation d’eau les compresseurs seraient refroidis. L’on pouvait soit demeuré avec
l’eau domestique comme réseau d’apport ou bien changer pour un autre. Il a finalement
été convenu de faire le branchement avec le réseau d’eau glacée * qui comportait des
avantages intéressants à plusieurs niveaux. Premièrement, l’on pouvait se connecter
facilement au réseau puisque des tuyaux avaient préalablement été passés jusqu’à la
centrale pour des raisons externes à la situation. Agréable coïncidence car le processus
devenait beaucoup moins complexe à implanter. Deuxièmement, le système d’eau glacée
étant un circuit fermé, on s’assurait de récupérer l’eau de refroidissement dans une boucle
fermée. On réglait ainsi le problème majeur de l’ancien système, soit le renvoi d’eau à
l’égout. Troisièmement, comme l’EG est d’environ 6,5ºC (44ºF) en comparaison avec
l’eau domestique qui est plus chaude, 1 à 21ºC (34 à 70ºF) et qui varie substantiellement
en température, on prévoyait un rendement de refroidissement supérieur.
Facilité d’installation
Permet la recirculation de l’eau (circuit fermé)
RÉSEAU D’EAU GLACÉE
Augmentation du rendement
* Eau Glacée (EG) : « Ces circuits ont pour particularité d'être fermés : c'est à dire que dans les
conditions normales de fonctionnement ils ne sont pas en contact avec l'atmosphère et les appoints en eau
sont limités. Du fait des faibles températures les réactions de corrosion seront nettement plus lentes que
pour les ECBT ou ECHT. Néanmoins les caractéristiques à maintenir sont identiques à celles des circuits
ECBT si ce n'est que l'adoucissement ne se justifie pas. » http://www.dictionnaire-environnement.com

Chapitre 3 – Re-conception du système de refroidissement 22
Tous les aspects évalués nous permettaient donc de croire que le choix du système d’eau
glacée était supérieur en tous points. Facilité d’installation, récupération d’eau,
augmentation du rendement (dû à un débit nécessaire plus faible). Le choix était donc
pleinement justifié. On voit justement sur le croquis partiel suivant où se situe la
différence majeure du nouveau système par rapport à l’ancien.
APPORT EAU GLACÉE
Compresseurs à air
EAU PRÉCHAUFFÉE
Échangeur à plaques
EAU DE CHAUFFAGE
RETOUR DES COMPRESSEURS
RETOUR EAU GLACÉE
Figure 3-1 Circuit de refroidissement des compresseurs (nouveau)
3.1.2 Composantes techniques
En second lieu, l’ensemble des composantes techniques constituant le système durent être
choisies. Il fallait déterminer la tuyauterie qui convenait, décider des emplacements de
chacune des valves et des clapets anti-retour de même que convenir du tracé à adopter
pour les nouvelles jonctions. Tous ces points sont expliqués et justifiés dans les
paragraphes qui suivent.
3.1.2.1 Tuyaux et isolant
La première préoccupation fut celle de déterminer le diamètre de tuyaux à utiliser.
Puisqu’un bon nombre d’informations stratégiques ne nous étaient pas disponible, la
décision fut prise de procéder avec un diamètre nominal de 1½ po. Cette décision fut
supportée par le fait que les conduites d’apport d’eau glacée à la centrale étaient de ce

Chapitre 3 – Re-conception du système de refroidissement 23
même diamètre ainsi que l’ensemble des conduites des composantes de l’échangeur à
plaque – où plusieurs nouvelles connexions prenaient places. De cette façon, nous
optimisions le temps d’installation et s’assurions d’une parfaite compatibilité à travers le
système.
Dans le même ordre d’idée, il a été jugé nécessaire et effectif d’isoler toutes les nouvelles
conduites installées. L’isolant permettant de réduire suffisamment les pertes de chaleur
durant le transport dans les tuyaux et conserver la température de l’eau glacée pour fins
de rendement.
3.1.2.2 Valves et clapet anti-retour
Durant la réalisation des plans préliminaires † , chacune des valves nécessaires au bon
fonctionnement du système a été identifiées et leur condition mentionnée (NO ou NF).
Pour le choix de ces équipements, la décision fut prise par les plombiers de l’École. Leur
expertise dans le milieu et leur connaissance des réseaux de la centrale en faisant foi. En
toute logique, ils ont opté pour des valves de type « papillon » identiques à celles déjà
utilisées sur le système de refroidissement en place. Il fut aussi question de préserver la
boucle de régulation en place telle qu’elle apparaissait sur les plans.
3.1.2.3 Équipements de mesures et préventions
Afin de bien suivre le fonctionnement ultérieur du système et de prévoir visuellement les
anomalies, nous avons procédé à l’introduction d’appareillages simples de mesure dans le
circuit (thermomètre, manomètre, etc.). Leurs emplacements sont encore une fois
identifiés sur le plan technique ‡ .
† Le plan technique et l’ensemble des valves sont présentés en Annexe E
‡ Le plan technique et l’ensemble des appareils de mesures sont présentés en Annexe E

Chapitre 3 – Re-conception du système de refroidissement 24
3.1.3 Connexions importantes
3.1.3.1 Échangeur à air
À l’intérieur du circuit de refroidissement, il y a présence d’un échangeur à air qui réduit
la température de l’air comprimé qui se dirige vers le réservoir. Il était donc primordial de
considérer cette caractéristique dans le concept. Pour ce faire, la connexion primaire de
raccordement du réseau d’EG a été faite à l’extrémité du tuyau de distribution – tuyau qui
alimente les trois compresseurs. Contrairement aux premiers esquisses qui préconisaient
la boucle de régulation comme endroit pour la connexion primaire, celle -ci permettaient
de garder intact le chemin du refroidisseur à air comprimé. Son utilisation était donc
préservée. Cependant, en procédant de la sorte, nous nous obligions à modifier
l’emplacement de la boucle de régulation.
3.1.3.2 Boucle de régulation
Comme on vient de le mentionner, la boucle a due être déplacée pour continuer d’assurer
ses fonctions. N’étant maintenant plus l’entrée de l’eau de refroidissement, son rôle était
rendu désuet. Nous avons donc procédé à sa relocalisation en amont § .
3.1.3.3 Eau domestique
La dernière connexion importante qui fut planifiée a été celle du réseau d’eau
domestique. Il fallait absolument prévoir un système d’appoint en cas de défaillance du
réseau d’eau glacée ou en cas de mise à l’arrêt. C’est-à-dire que si le réseau d’eau glacée
devenait inutilisable, celui d’eau domestique (l’ancien réseau utilisé) prendrait le relais.
Pour ce faire, les connexions d’apport d’eau domestique ont été conservées mais
relocalisées pour s’adapter un nouveau système ** .
3.2 RAFFINEMENT DE LA SOLUTION
Maintenant que les décisions majeures de la conception sont prises, certains autres détails
restaient à régler. Il est donc question ici de la planification proprement dite du projet.
§ On peut voir son emplacement exact sur le plan technique présenté en Annexe E
** Les détails sont indiqués sur le plan technique présenté en Annexe E

Chapitre 3 – Re-conception du système de refroidissement 25
Des points tels la recherche d’équipements et la réalisation du projet sont abordées. Ils
permettent de boucler la boucle de cette conception en précisant les rôles des différents
acteurs ayant participés à son aboutissement.
3.2.1 Approbation du projet
Le premier point qui m’a personnellement occupé fut celui de faire approuver les plans et
la planification du projet auprès de mon patron. En toute franchise, le procédé ne fut
presque formalité car M. Lareau, m’ayant épaulé pendant mon travail, était pleinement au
courant des avancements. Cependant, il a quand même été important qu’on se rencontre
pour valider les plans et pour s’assurer que nous étions sur la même longueur d’onde
surtout dans l’éventualité d’un problème durant l’implantation.
3.2.2 Recherche d’équipements
Pour le choix et l’achat des équipements nécessaires (valves, tuyaux, isolant, connexions
coudées, thermomètres, manomètres, etc.), le processus a été légué au département de
plomberie de l’École. Cette façon de faire dans l’établissement est routinière puisque
chaque département est régit par des budgets spécifiques dont celui des projets internes
de la centrale. C’est donc dire qu’il n’y a pas eu de planification budgétaire de notre part
pour l’approvisionnement en pièce.
De plus, comme le département de plomberie est pleinement qualifié et équipé pour ce
genre de projet, leur stock d’équipement a presque suffit à l’entière réalisation du projet.
Notre seule tâche dans cette portion du projet fut celle de leur fournir toutes les
spécifications nécessaires du système – dénombrement des pièces, estimation des
quantités de tuyaux nécessaires et plan d’emplacement des composantes et du tracé du
circuit. La commande des pièces manquantes a donc été prise en charge par eux seuls.
3.2.3 Planification de la réalisation
Pour la planification du projet dans le temps et des ressources nécessaires à son
déroulement adéquat, une coordination structurée a due être mise en place entre les

Chapitre 3 – Re-conception du système de refroidissement 26
plombiers et les employés de la centrale. N’étant pas un projet urgent ou d’une
importance capitale pour le fonctionnement des activités de la centrale, la date de
réalisation fut choisit pour convenir aux deux partis impliqués. Suite à ça, il a fallu avec
la participation et le bon vouloir de chacun, organiser les mises à l’arrêt indispensables
aux modifications du nouveau système. C’est-à-dire que les compresseurs durent être mis
hors ligne à certains moments pour pouvoir fermer l’apport d’eau de refroidissement et
ainsi accéder aux composantes à remplacer.
Encore une fois, le rôle que nous avions à jouer dans ce processus fut celui d’informer les
deux partis, de les mettre au courant des conséquences et des demandes qui seront utiles
pour réaliser le travail. Évidemment, un suivit constant des travaux était de rigueur pour
s’assurer du bon déroulement de l’installation.

CHAPITRE 4
4. ANALYSE POST-IMPLANTATION

Chapitre 4 – Analyse post-implantation 28
4.1 BILAN DE MISE EN SERVICE
4.1.1 Avantages et inconvénients du nouveau système
La mise en service du nouveau système de refroidissement, comme on s’y attendait,
comportait des pour et des contre. On répertorie dans le tableau suivant les principaux
éléments jouant en faveur ou en défaveur de la nouvelle conception du circuit de
refroidissement des compresseurs. On retrouve par la suite des explications justifiant ces
conséquences de même que des hypothèses semblant concorder avec certains points plus
nébuleux.
Tableau 4-1 Avantages et inconvénients du nouveau système de refroidissement
Avantages
1. Récupération de l’eau (circuit
fermé)
2. Rendement de refroidissement
des compresseurs
3. Présence d’un système
d’appoint en cas de défaillance
4. Optimisation de l’échangeur à
plaques *
5. Optimisation de l’échangeur à
air (réservoir d’air comprimé)
Inconvénients
1. Présence de condensation au
niveau de l’échangeur à air et
sur le réservoir d’air comprimé
2. Fermeture temporaire de
l’échangeur à air
3. Débit du réseau d’eau glacée
trop faible en période de pointe
Il est évident d’emblé que le nouveau système est supérieur du point de vue de la
récupération de l’eau car son prédécesseur ne récupérait rien. Cette recirculation est
possible grâce au réseau d’eau glacée qui alimente maintenant le refroidissement des
compresseurs comme on le disait plus tôt. C’est aussi à cause des caractéristiques de ce
réseau (température de l’eau, débit, qualité de l’eau, etc.) que les rendements de
refroidissement sont améliorés. L’on peut maintenant répondre au besoin de
refroidissement avec un débit plus faible car la température plus froide de cette eau
accentue le transfert de chaleur. Ce faisant, le taux de transfert dans l’échangeur à plaques
déjà présent sur l’ancien système est optimisé pour permettre à l’eau de chauffage de
repartir vers les chaudières avec une température supérieure – permettant ainsi
* Voir les deux croquis du circuit de refroidissement au chapitre 2 et 3 (Figures 2.1 et 3.1)

Chapitre 4 – Analyse post-implantation 29
d’économiser sur la charge de fonctionnement de celles-ci. Aussi, de part la conception
qui a été réalisée, on s’assure maintenant d’une sécurité supplémentaire en pouvant, en
cas de défaillance du système primaire, fonctionner avec le système secondaire, soit le
réseau d’eau domestique (ancien système). Cet aspect est assez intéressant et important
car aucun système n’est à l’abri de panne ou de bris.
Par contre, certains problèmes imprévus et assez complexes sont venus, en quelque sorte,
entacher le bon fonctionnement du nouveau système. Il y a premièrement la constatation
d’une importante condensation sur la longueur totale de l’échangeur à air de même que
sur la tuyauterie d’air comprimé jusqu’au réservoir. L’idée d’un bris dans cet échangeur
fut rejetée après avoir effectué plusieurs vérifications sur les composantes. Ne pouvant
donc expliquer la provenance du problème, l’échangeur à air permettant de refroidir l’air
comprimé a été mise en dérive pour renvoyer directement l’air au réservoir. Il en résulte
donc que la réserve d’air comprimé est maintenue à une température supérieure à ce qui
est normalement prévue. Cependant, nous n’avons pas identifié de répercussion
immédiate à ce niveau permettant donc de croire que les conséquences de la fermeture de
l’échangeur sont presque nulles. L’autre élément qui cause des problèmes est le fait que
le débit du réseau d’eau glacée n’est pas toujours suffisant lorsque la demande ne
refroidissement est accrue. C’est un point assez majeur qu’on se doit de régler.
4.1.2 Les étapes futurs
Suite à l’analyse précédente, plusieurs choses s’imposent pour régler les problèmes. Tout
d’abord, une étude sera lancée pour connaître la provenance de la condensation et des
raisons l’a justifiant. Cette étude sera sûrement menée par une firme extérieure , en bonne
partie due au ma nque de temps des effectifs humains en place à la centrale.
Deuxièmement, une analyse plus approfondie sur la distribution de l’eau glacée sera faite
pour savoir si le réseau suffit à la demande moyenne de l’École. Nous pourrons ainsi
connaître les causes motivant le manque de débit en période de pointe et tenter, à la
lumière des conséquences qui seront tirées, modifier le système.

Chapitre 4 – Analyse post-implantation 30
Étude sur la condensation
Analyse du réseau d’eau glacée
Modification au système en place
Nouveau système modifié
4.2 NOUVEAUX RENDEMENTS ENGENDRÉS
Sachant maintenant que le nouveau système de refroidissement est en fonction, il serait
intéressant de comparer son rendement par rapport à son prédécesseur. On s’attend ici à
une différence significative du point de vue de la quantité de chaleur extraite, surtout du
fait que la température initiale de l’eau glacée (6,5°C) est supérieure à l’eau domestique
(1 à 21°C). On pourra donc, dans la section qui suit, consulter les hypothèses et les détails
de calculs qui ont menés aux résultats des rendements de refroidissement.
4.2.1 Détails des calculs
Tout d’abord, selon les informations
recueillies, les compresseurs Quincy ©
(Modèle QSI 245 Watercooled) † comportent
deux stages de refroidissement, soit un pour
l’air et un autre pour l’huile ‡ . Typiquement,
les échangeurs permettant le refroidissement
de ces deux stages sont de type coque et tube
où « shell and tube », tel qu’en voici un représentation.
Figure 4-1 Échangeur coque et tube
À la lumière de ces données et des autres présentées dans les tableaux suivants, il est
possible de procéder à une analyse comparative des rendements de refroidissement des
deux systèmes.
† Le plan et les spécifications du compresseur Quincy sont présentés en Annexe A et B

Chapitre 4 – Analyse post-implantation 31
Tableau 4-2 Caractéristiques de bases des compresseurs Quincy
Compresseurs QUINCY
(Modèle QSI 245 Watercooled « B » Version)
Air
2 stages de refroidissement :
Huile
Type d’échangeur : « shell and tube » §
Pour des fins de simplification et de faisabilité dans le calcul des rendements, certaines
hypothèses ont été faites afin de pouvoir réaliser la comparaison, en voici les détails :
Tableau 4-3 Hypothèses dans le calcul des rendements
Hypothèses de calcul
1. L’encrassement dans les échangeurs est
''
R
f
? 0 [m²K/W]
supposé nul
2. Le coefficient d’échange global (U) et l’aire
U ? 1
d’échange (A) sont supposés unitaire
[W/m²K] et A ? 1 [m²]
3. Les deux stages de refroidissement sont
considérés comme un seul
4. L’échangeur « shell and tube » est de type : Échangeur 1-2
Maintenant que toutes les données sont rassemblées et sachant que le transfert de chaleur
dans ce type d’échangeur est calculé par l’expression suivante :
q ? UAF?
T lm
q : Transfert de chaleur [W]
U : Coefficient d’échange global [W/m²K]
A : Aire total d’échange [m²]
F : Facteur de correction **
T lm : log mean temperature difference [K ou °C]
Il nous est possible de procéder à l’analyse comparative. L’ensemble des détails de calcul
a été effectué et ils sont présentés en Annexe H de ce rapport.
4.2.2 Les gains obtenus
Donc, suite aux calculs effectués précédemment nous obtenons les résultats présentés cibas.
On remarque, comme prévue, que le rendement de refroidissement avec le réseau
d’eau glacée est supérieur à celui de l’ancien système.
‡ Les deux schémas de refroidissement sont présentés en Annexe C et D
§ Le schéma de distribution de température dans ce type d’échangeur est présenté en Annexe F
** La charte du facteur de correction pour l’échangeur « shell and tube » est présentée en Annexe F

Chapitre 4 – Analyse post-implantation 32
Tableau 4-4 Gains de refroidissement des compresseurs
Système d’apport d’eau
Transfert de chaleur
[W]
RÉSEAU D’EAU DOMESTIQUE 39,81
RÉSEAU D’EAU GLACÉE 44,21
Consommation d’eau
Le réseau d’eau glacée consomme
10% moins d’eau pour un
refroidissement similaire
On peut aussi représenter ces résultats sous forme graphique pour mieux visualiser l’écart
s’établissant entre les deux situations. Évidemment, les données ici représentées sont à
titre comparatives, ce qui veut dire que nous établissons le meilleur système comme
référence par rapport à l’autre pour tirer les conclusions.
Rendements relatifs des systèmes de refroidissement des
Rendements relatifs des systèmes de refroidissement des
compresseurs
compresseurs
Rendements
Rendements
100%
100%
98%
98%
96%
96%
94%
94%
92%
92%
90%
90%
88%
88%
86%
86%
84%
84%
100%
100%
100%
100%
Rendement de refroidissement
Rendement de refroidissement
Rendement de consommation
Rendement de consommation
90% 90%
90% 90%
Eau glacée
Eau domestique
Eau glacée
Eau domestique
Réseaux d'apport d'eau
Réseaux d'apport d'eau
Figure 4-2 Rendements relatifs de refroidissement et de consommation
Il est évident, un peu comme on l’avait prévu, d’affirmer que le second système venant
d’être implanté est supérieur en presque tous points. En particuliers au niveau des
rendements d’extraction de chaleur où la différence ce chiffre à 10% en faveur du réseau
d’eau glacée. Cette optimisation permet donc de consommer moins d’eau pour un même
refroidissement donné ; et de faire un bout de chemin vers une gestion efficace de l’eau
en industrie.

Conclusion 33
CONCLUSION
Comme démontré tout au long de l’étude, il est grand temps de poser des geste concrets
pour améliorer et gérer plus efficacement notre consommation d’eau en industrie. Des
mesures sensiblement plus radicales sont à la veille de voir le jour et l’idéal serait de
réaménager les installations en fonction de ces changements pour éviter les problèmes
subséquents. L’industrie en générale est déficiente au niveau de la consommation d’eau
et il est de notre devoir de rétablir la situation.
Dans le cas de la centrale thermique de l’École Polytechnique de Montréal, un problème
évident et commun a pu être traité à faible coût, et ce, avec une solution simple et
largement plus efficace que le précédent système en place. Le passage du réseau
domestique vers le réseau d’eau glacée pour le refroidissement des compresseurs à air est
l’élément majeur de cette nouvelle conception. Il permet de récupérer l’eau, d’optimiser
le rendement de refroidissement, de réduire la consommation en eau et d’assurer une
sécurité en permettant à un système d’appoint de prendre la relève en cas de panne. Ainsi,
la gestion efficace de l’eau est assurée et les conséquences d’une future implantation de
compteurs d’eau dans le secteur industriel et manufacturier sont limitées.
À l’instar de cette nouvelle conception et à la lumière des résultats obtenus, il serait
important, voir même prioritaire, de recenser les systèmes de refroidissement en place
actuellement dans l’établissement et de voir si de tels changements ne seraient pas aussi
applicables. En fait, c’est un point que chaque entreprise devrait faire pour améliorer
leurs installations car le ratio investissement – rendements est largement à leur avantage.
Finalement, on pourrait croire que les données recueillies et les conclusions tirées du
rapport sont triviales mais les solutions les plus efficaces sont souvent le plus simples et
les problèmes les plus préoccupants sont souvent ceux qui se trouvent juste sous notre
nez. Or, avant de se lancer dans des études de marché complexes et demandant des
restructurations et des investissement colossaux, vaudrait mieux s’attarder à rebâtir des
bases solides pour faire face à la musique dans les prochaines années à venir.

Recommandations 34
RECOMMANDATIONS
Suite à l’ensemble des données recueillis et aux résultats obtenus, plusieurs
recommandations peuvent s’appliquer. Nous subdiviserons donc celles-ci en deux
groupes distincts, soit les recommandations générales et les recommandations techniques.
De cette façon, nous éviterons toute ambiguïté au niveau des secteurs qu’elles touchent.
RECOMMANDATIONS GENERALES :
??Effectuer des inspections visuelles annuelles sur l’ensemble des équipements
domestiques pour identifier les fuites possibles.
??Respecter les interdictions d’arrosage et autres.
??Investir abondamment dans les réseaux de distribution municipaux.
??Modifier les installations surconsommatrices comme les chasses d’eau à réservoir
dans le secteur commercial.
RECOMMANDATIONS TECHNIQUES :
??Éviter le refroidissement d’appareillages avec le réseau d’eau domestique et
prioriser le réseau d’eau glacée en industrie.
??Utiliser les tours d’eau dans la boucle de refroidissement des bâtiments
d’envergure.
??Effectuer des relevés sur le type de refroidissement utilisé pour l’ensemble des
appareils industriels.
??Prioriser le refroidissement à l’air pour les climatiseurs fixes et de fenêtre.

Références 35
RÉFÉRENCES
DOCUMENTS BIBLIOGRAPHIQUES ET REVUES
Model QSI 245, “Parts Manual for Helical Screw Compressor” QUINCY, July 1994,
Aircooled “B” Version, (50100-BD)
“Instruction Manual for GSI Series Compressors” QUINCY Compressor, September
1994 (50299-102)
INCROPERA, Frank P., DeWITT David P., “Fundamentals of Heat and Mass Transfer”
College of Engineering University of Notre Dame, John Wiley & Sons, Inc., 2002, (5th
edition)
SITES INTERNET
Ressources naturelles Canada :
http://oee.nrcan.gc.ca/Trucs/ConsomEau.cfm
http://atlas.gc.ca/site/francais/maps/freshwater/
Environnement Canada :
http://www.ec.gc.ca/water/fr/info/pubs/brochure/f_IWDWW6.htm
Coalition Eau Secours ! :
http://www.ccmm-csn.qc.ca/publications/documentation/depliant_eau.doc
Planètecologie :
http://www.planetecologie.org/ENCYCLOPEDIE/Statistiques/P504.htm
Prélèvement et consommation d’eau dans le monde :
http://www.un.org/french/pubs/chronique/2003/numero1/0103p40.pdf
Autres :
http://www.dictionnaire-environnement.com

Annexes 36
ANNEXE A : VUES DIMENSIONNELLES DU COMPRESSEUR

Annexes 37
ANNEXE B : SPÉCIFICATIONS DU COMPRESSEUR QSI 245

Annexes 38

Annexes 39
ANNEXE C : REFROIDISSEMENT DE L’AIR

Annexes 40

Annexes 41
ANNEXE D : REFROIDISSEMENT DE L’HUILE

Annexes 42

Annexes 43
ANNEXE E : PLAN TECHNIQUE DU SYSTEME DE REFROIDISSEMENT
M
APPORT EAU GLACÉE
NO
NF
NF
M
NF
APPORT EAU GLACÉE
RETOUR EAU GLACÉE
BOUCLE DE RÉGULATION
EAU PRÉCHAUFFÉE
NF
ÉCHANGEUR À PLAQUES
APPORT AUX COMPRESSEURS
NO
T
NF
T
T
T
COMPRESSEUR 1
COMPRESSEUR 2
COMPRESSEUR 3
NO
NF
M
NO
NO
NO
NF
RETOUR DES COMPRESSEURS
ÉGOUT
EAU DOMESTIQUE

Annexes 44
ANNEXE F : ÉCHANGEURS « SHELL AND TUBE »
Distribution de la te mpérature pour un échangeur « shell and tube » :
Facteur de correction (F) pour un échangeur « shell and tube » :

Annexes 45
ANNEXE G : DÉTAILS DES CALCULS DE RENDEMENTS
La méthode LMTD utilisée pour le calcul des rendements est régit par l’expression
d’échange de chaleur suivante :
q ? UAF?
T lm
U ? 1 [W/m²K]
A ? 1 [m²]
F : Lecture sur les graphiques de l’Annexe G
? T1
? ? T2
? T lm
?
[K ou °C]
ln ??
T1
?
? ? T2
?
Ne sachant pas exactement les températures d’entrée et de sortie de l’huile nous
supposerons un écart de température égal pour les deux cas traités. Étant une analyse
comparative seulement les résultats ne seront pas affectés.
RÉSEAU D’EAU DOMESTIQUE :
Les données relatives au réseau d’eau domestique sont les suivantes :
T ? 80 °C T ? 40 °C T ? 11,0 °C T ? 25,0 °C
hi
ho
ci
Donc, T 1
? T hi
? T ? 55,0 °C T 2
? T ho
? T ? 29,0 °C
?
co
55 ? 29
? ? T
lm
? ? 40,62 °C
ln ? 55 ?
29
Pour le facteur de correction maintenant :
co
?
ci
R ?
P ?
T
T
T
T
hi
co
co
hi
? T
? T
? T
? T
ho
ci
ci
ci
80 ? 40 ?
? ? 2,86
25 ? 11
?
? ?
25 ? 11
? ? 0,20 ?
80 ? 11
?
F
? 0,98
Finalement, q ? 1 ? 1?
0,98?
40,62 ? 39, 81 W
RÉSEAU D’EAU GLACÉE :
Les données relatives au réseau d’eau domestique sont les suivantes :

Annexes 46
T ? 80 °C T ? 40 °C T ? 6,5 °C T ? 23,0 °C
hi
ho
ci
Donc, T 1
? T hi
? T ? 57,0 °C T 2
? T ho
? T ? 33,5 °C
?
co
57 ? 33,5
? ? T lm ?
? 44,21 °C
ln
? 57
33,5
?
? ?
Pour le facteur de correction maintenant :
co
?
ci
R ?
P ?
T
T
T
T
hi
co
co
hi
? T
? T
? T
? T
ho
ci
ci
ci
80 ? 40 ?
? ? 2,42
23 ? 6,5
?
? ?
23 ? 6,5
? ? 0,23 ?
80 ? 6,5
?
F
? 1
Finalement, q ? 1 ? 1?
1?
44,21 ? 44, 21 W