À l'occasion de la célébration organisée pour les 80 ans du Dr. Gerhard Wobser, ancien associé gérant et actuel membre du conseil consultatif et associé, la société LAUDA DR. R. WOBSER Gmbh & CO. KG a organisé une journée portes ouvertes avec quatre start-ups hautement innovantes.

La société ENER-IQ Gmbh (Wurtzbourg/Hambourg) a présenté un projet innovant de logiciel basé sur le cloud reposant sur une intelligence artificielle (IA) pour optimiser les installations de thermorégulation et les réseaux de chauffage. Selon les informations de la Fédération allemande de l'industrie du chauffage, près des deux tiers des installations de thermorégulation et des réseaux de chauffage urbains fonctionnent de manière inefficace. Cette situation s'explique notamment par la présence de composants défectueux, par des réglages inefficaces et surtout par l'absence de coordination entre les systèmes, due à un manque de personnel qualifié. La solution proposée par ENER-IQ comprend une détection par capteurs des paramètres de fonctionnement de la production et de la distribution de chaleur. Les données collectées sont transmises à une application cloud développée par la start-up. C'est à partir de là que s'opère la surveillance des installations et des immeubles, l'analyse des données, le calcul des caractéristiques permettant une gestion plus efficace de l'exploitation, ainsi que la fourniture des données à des fins d'optimisation. À terme, elles permettront l'optimisation assistée par IA des installations, un réglage à distance, ainsi que des recommandations à l'intention des artisans.

La start-up MagnoTherm Solutions basée à Darmstadt développe des machines réfrigérantes et thermiques sans gaz et économes en énergie à partir de matériaux magnétocaloriques. Les compresseurs des installations frigorifiques ont atteint les limites de leur efficacité. L'appareil mis au point par la start-up permet de produire du froid et de la chaleur au moyen de matériaux magnétocaloriques tels que le lanthane-fer-silicium, plutôt qu'avec des gaz à effet de serre. Le solide s'échauffe lorsqu'il est amené au contact d'un champ magnétique et se refroidit lorsqu'il s'en éloigne. La chaleur ou le froid sont évacués du matériau et rendus utilisables à l'aide d'un mélange d'eau. Ce processus isentropique permet de réaliser des économies d'énergie significatives. Les pressions plus faibles et l'utilisation de l'eau comme fluide rendent l'unité de refroidissement inoffensive pour l'utilisateur final et plus facile d'entretien. Comme les matériaux peuvent être réglés pour différentes plages de température, il est possible de réaliser des applications personnalisées très efficaces sur le plan énergétique.

L'invention brevetée par la start-up Watttron GmbH située à Freital, près de Dresde, est un système innovant destiné aux processus de chauffage industriels – dans un premier temps pour l'industrie de l'emballage. LAUDA entretient depuis près d’un an une coopération très étroite et de confiance avec cette entreprise multi-récompensée dans différents domaines. Dans le cadre de la fabrication d'emballages, son système de chauffage modulaire permet d'économiser jusqu'à 30 % de matériaux. La juxtaposition des modules permet de réaliser différents moules en fonction des souhaits du client. Chaque module contient 64 pixels thermiques dont chacun peut être piloté et réglé individuellement. Il est ainsi possible de générer des profils de chauffage personnalisés qui peuvent varier de manière ciblée en quelques secondes. Cette méthode permet de fabriquer plus efficacement des emballages dans le cadre du thermoformage et du chauffage par contact. Par exemple, dans le cas d'un pot de yaourt, les zones du matériau qui sont soumises à une très forte déformation sont plus échauffées que les zones qui sont peu ou pas déformées. En principe, la méthode de chauffage développée par Watttron peut également être utilisée dans de nombreux autres procédés industriels de chauffage de précision, comme par exemple dans la biotechnologie, la pharmacie, la chimie ou l'automobile.

La start-up berlinoise Coolar a mis au point un système de refroidissement qui utilise pour la première fois la technologie de refroidissement par adsorption avec l'eau comme fluide frigorigène durable. Il est ainsi possible de développer des réfrigérateurs et des boîtes de transport compacts, fonctionnant sans électricité et exempts de substances polluantes, toxiques ou facilement inflammables. Ce système a été mis en pratique pour la première fois dans un réfrigérateur médical non raccordé au réseau destiné à des établissements de santé éloignés du réseau et a déjà été testé avec succès sur le terrain en complète autonomie début 2019 à Tenerife. Avec ce système, Coolar peut proposer une solution peu coûteuse, écologiquement durable et non polluante pour la médecine et les vaccins sans branchement électrique, sans batteries et sans technologie de régulation complexe. En outre, ce système de refroidissement flexible et inédit de par sa compacité et ses faibles contraintes de réglage permet de proposer une alternative durable à l'eau pour une multitude de domaines d'application de petite et moyenne importance sur le secteur en pleine mutation de la technologie de refroidissement.

« Avec ce partenariat, nous souhaitons repérer et identifier précocement les tendances techniques et les développements technologiques et offrir une coopération d'égal-à-égal avec des start-ups innovantes », a souligné Dr. Gunther Wobser, associé gérant de LAUDA lors de la présentation des quatre start-ups et de leur invention. « LAUDA a effectué un très bon travail préparatoire en interaction avec les start-ups » a déclaré Robert Tietze, responsable start-up chez LAUDA depuis mai 2019, à propos de ses premiers mois d'expérience. Il s'est avéré qu'il existait pour certains thèmes centraux, d'éminents spécialistes principalement concentrés dans les universités, dont sont issues de nouvelles entreprises intéressantes.

LAUDA, le leader du marché mondial des appareils et installations de thermorégulation de précision, continue d'étendre sa vaste gamme de produits. Avec sa ligne de produits Integral entièrement remaniée et résolument tournée vers l'avenir, LAUDA présente aujourd'hui un nouveau jalon dans le domaine de la thermorégulation professionnelle. Les thermostats de process performants Integral font partie intégrante de la gamme LAUDA depuis l'an 2000 déjà et se sont révélés être une solution fiable dans les applications et secteurs les plus divers. Les principaux domaines d'utilisation des thermostats sont la thermorégulation de réacteurs dans l'industrie chimique et pharmaceutique, les essais de température sur bancs d'essais dans l'industrie automobile ou la simulation spatiale en construction mécanique et en électrotechnique. L'entreprise a encore fait progresser le développement des thermostats de process en amenant les modèles des séries T et XT à l'ère numérique. La nouvelle génération de thermostats de process Integral dispose ainsi d'un grand nombre de nouveautés, notamment un concept de commande intuitif entièrement nouveau par terminaux mobiles, une plus grande puissance de pompage ou le concept d'interface modulaire extensible.

LAUDA Integral T et XT : un succès qui dure depuis 20 ans

Les nouveaux thermostats de process Integral T de LAUDA permettent de réguler efficacement des processus de thermorégulation externes dans une plage de température allant de -30 à 150 °C. Ces appareils permettent en outre des changements de température rapides grâce à des capacités frigorifiques et de chauffage adaptées pour de petits volumes internes. Grâce au système hydraulique ouvert, la purge de l'appareil s'effectue rapidement et sans restriction fonctionnelle. L'appareil est ainsi idéal pour les processus de thermorégulation pour lesquels les consommateurs et les échantillons changent souvent. Ainsi, les thermostats s'avèrent particulièrement adaptés pour les contrôles de réactions et les simulations climatiques. L'Integral T est équipé de série d'une pompe immergée puissante et fiable ainsi que d'un by-pass interne pour limiter la pression.

Les thermostats de process Integral XT de LAUDA sont, quant à eux, extrêmement dynamiques et performants et fonctionnent selon le principe d'écoulement avec une couche d'huile froide. Il est donc possible de les utiliser sur la plage de température étendue allant de -90 à 320 °C grâce à un seul fluide de mise en température. À l'aide de la pompe Vario à 8 niveaux de LAUDA à régulation électronique et à accouplement magnétique, le débit volumique peut facilement être adapté à la chaleur, à la fois pour des consommateurs sensibles à la pression, mais aussi pour des applications présentant une forte résistance hydraulique. Un by-pass interne, qui fait également partie des nouveautés proposées de série des modèles XT, vient ici accroître la flexibilité. Il augmente le débit volumique au sein de l'appareil lorsque seuls de très petits débits volumiques sont possibles à l'extérieur et optimise ainsi le processus de thermorégulation.

Pour les nouveaux modèles Integral XT, LAUDA propose en option une unité de régulation du débit qui s'avère indispensable, notamment pour obtenir des processus de contrôle reproductibles. Un bon exemple de cela est leur utilisation pour les processus de contrôle en électromobilité. Pour atteindre un haut niveau de qualité en production dans ce domaine, les procédures de test validées misent sur un débit volumique défini qui doit impérativement être respecté. Le système hydraulique optimisé et la régulation de la vitesse des nouveaux appareils Integral améliorent de plus nettement le débit des thermostats. Fonctionnant avec des fluides frigorigènes à l'épreuve de l'avenir (les thermostats de process sont conformes au règlement européen F-Gas), les nouveaux appareils Integral offrent la thermorégulation rapide habituelle avec une grande sécurité de fonctionnement. Le système SmartCool éprouvé des appareils Integral XT de LAUDA se retrouve également dans les nouveaux modèles Integral T. Des vannes d'injection électroniques commandent la capacité frigorifique des appareils en fonction des besoins et assurent ainsi une efficacité énergétique accrue.

Thermostats de process Integral – Prêts pour l'avenir numérique

Avec ses nouveaux appareils Integral, LAUDA fait encore avancer la mise en réseau de la technique de thermorégulation. Les nouveaux thermostats de process sont les premiers appareils de série de LAUDA à comporter un serveur Web intégré. Les appareils peuvent ainsi être intégrés dans des réseaux d'entreprise existants et permettent de cette manière de surveiller et de commander par le biais d'un PC, mais aussi, si le client le souhaite, via des terminaux mobiles comme une tablette ou un smartphone. Il est possible, si besoin est, de dissocier le lieu d'implantation et la commande. Cela permet une surveillance ou une commande sur plusieurs sites. De plus, il est toujours possible de commander aisément les thermostats directement sur l'appareil à l'aide d'un écran OLED moderne.

Nouveauconcept d'interface pour plus de flexibilité

Grâce à leur concept d'interface modulaire tourné vers l'avenir, les nouveaux thermostats de process Integral permettent une interconnexion maximale des processus de l'utilisateur. Les appareils sont équipés de série d'interfaces telles qu'Ethernet, USB ou Pt 100. D'autres interfaces et protocoles de communication peuvent être ajoutés sans problème par le biais de modules. Les thermostats Integral peuvent ainsi être intégrés très facilement dans divers scénarios de communication. De plus, tous les appareils triphasés de la ligne LAUDA Integral sont équipés pour pouvoir fonctionner à une fréquence réseau de 50 ou 60 Hz (bifréquence), ce qui constitue un grand avantage pour les utilisateurs voulant utiliser leurs appareils de manière flexible dans plusieurs endroits du monde.

Construction modulaire pour une maintenance plus aisée

Les appareils LAUDA Integral sont disponibles en trois tailles de boîtier différentes avec une capacité de refroidissement allant de 1,5 à 18 kW. Alors que l'unité de commande est installée en toute ergonomie sur le dessus du boîtier pour le modèle de plus petite taille, elle se trouve à hauteur des yeux sur le côté droit pour les boîtiers de moyenne et grande taille. Sur tous les appareils, les connexions électriques et les raccords hydrauliques se trouvent sur le côté droit. Ils sont ainsi bien visibles et accessibles. Avec Command Touch, LAUDA propose en outre comme accessoire une unité de commande intuitive à écran tactile qui offre des fonctionnalités étendues et se raccorde par câble à l'appareil.

LAUDA Integral – Une nouvelle génération

Depuis des décennies, les thermostats de process de la ligne Integral sont très appréciés sur le marché. La nouvelle génération met en œuvre les points forts déjà éprouvés de la ligne en les complétant de composants tournés vers l'avenir. LAUDA peut ainsi proposer à ses clients un appareil de thermorégulation répondant aux exigences actuelles de la technique frigorifique tout en garantissant une transition en douceur avec un maximum de sécurité pour le process.

Lors du remaniement de la série Integral, il a fallu prendre en compte un aspect important, à savoir le règlement européen F-Gas. Ce dernier prévoit une restriction progressive jusqu'en 2030 des quantités d'hydrocarbures partiellement fluorés disponibles sur le marché. La demande en appareils de thermorégulation fonctionnant conformément au règlement européen F-Gas a beaucoup augmenté. »Nous avons beaucoup réfléchi et mis tout notre savoir-faire dans le développement génie frigorifique«, raconte Jürgen Dirscherl, le responsable du département Recherche et développement chez LAUDA. En effet, »un simple changement de fluide frigorigène aurait entraîner des restrictions de performance« et aurait ainsi compromis les process des clients. L'objectif des experts LAUDA était de développer un appareil qui pourrait remplacer en douceur les appareils Integral plus anciens. »Ainsi«, selon Jürgen Dirscherl, »nous garantissons la sécurité du process chez nos clients«. De nombreuses fonctions et solutions techniques éprouvées de la ligne Integral ont été conservées.

Avec la nouvelle génération Integral, LAUDA lance sur le marché un nouveau développement technique d'une ligne de produits éprouvée, souligne le responsable du département Recherche et développement. Le nouveau design LAUDA est certes l'aspect le plus visible des nouveaux appareils, mais il cache aussi de nombreuses nouveautés astucieuses. »Le nouveau design simplifie par exemple la maintenance grâce à une meilleure accessibilité des composants sans avoir à couper le circuit hydraulique de l'application. La position des raccords, les possibilités de communication améliorées avec des installations de pilotage de process, le serveur Web intégré ou l'utilisation de pompes offrant un plus grand éventail de puissances et surtout les débits nettement plus élevés constituent des arguments de poids en faveur de la nouvelle génération Integral«, explique Jürgen Dirscherl.

Exemples d'applications pour les thermostats de process Integral de LAUDA

Les thermostats de process Integral de LAUDA assurent le chauffage et le refroidissement de manière fiable dans des applications variées des secteurs les plus divers. Les appareils sont ainsi mis en œuvre dans un grand nombre d'applications, par exemple pour la thermorégulation de cuves à agitateur, pour le contrôle de la température de réacteurs dans les secteurs de la chimie, de la pharmacie ou de la biotechnologie, pour les essais de température sur bancs d'essais dans l'industrie automobile, que ce soit pour la simulation climatique ou des essais de puissance ou de matériaux. Les thermostats de process Integral conviennent aussi parfaitement pour les études de matériaux. Dans la technologie des microréacteurs, les appareils sont utilisés pour la thermorégulation de process de scale-up. En construction mécanique et en électrotechnique également, les thermostats de process Integral de LAUDA font partie des éléments essentiels pour les simulations spatiales.

L’Allemagne a placé la barre très haut pour la transition énergétique : la part des énergies renouvelables doit ainsi atteindre 80 % de la consommation d’électricité d'ici 2050. Avec le développement de l'éolien, du photovoltaïque et d’autres sources d'énergie renouvelables ainsi qu'avec l'électrification croissante de la société, le monde économique, politique et scientifique doit faire face à un grand défi : l'énergie produite de manière décentralisée doit être stockée de manière efficace et surtout durable en cas de surproduction afin de pouvoir être injectée dans le réseau lors des pics de consommation. Il existe un concept très prometteur dans le secteur de l'énergie qui s'appelle le « Power to Gas ». Il s’agit de produire du méthane à partir d’énergie éolienne ou solaire par électrolyse et méthanation. L’énergie est ainsi stockée sous forme de gaz et peut être récupérée si besoin est. Dans le secteur automobile, la méthanation pourrait aider à une plus large diffusion des véhicules fonctionnant au gaz. Le méthane requis pourrait en effet être produit de façon écologique. Des chercheurs du monde entier travaillent d’arrache-pied pour rendre cette technologie plus simple et économiquement envisageable, en particulier l’institut Max-Planck pour la dynamique des systèmes techniques complexes de Magdebourg qui travaille dans ce domaine de recherche depuis déjà sept ans. Pour ses travaux, l’institut utilise dans son installation pilote une installation de thermorégulation de LAUDA qui doit répondre aux besoins très spécifiques des chercheurs.

Refroidissement rapide et très précis exigé

Le département Systèmes de chauffage et de refroidissement LAUDA, la branche industrielle du fabricant d’appareils de thermorégulation LAUDA, conçoit et fabrique des installations de thermorégulation sur mesure parfaitement adaptées au souhait du client. Il a ainsi conçu une installation de thermorégulation de type ITH 350 pour l’institut Max-Planck. Cette installation sert à thermoréguler un réacteur. Pour cela, l’installation LAUDA doit pouvoir assurer un refroidissement de 100 Kelvin par minute, sans dépassement vers le bas à la fin. Elle doit donc refroidir très rapidement, mais ne pas aller en-deçà d’un point de température déterminé pour ne pas compromettre le processus effectif. Cela constituait un défi, même pour les ingénieurs de LAUDA, car les installations de thermorégulation sont généralement utilisées avant tout pour assurer des températures constantes. Pour le projet de recherche de l’institut Max-Planck, l’installation devait au contraire refroidir de façon très réactive.

Refroidissement de 340 °C à 150 °C en quelques minutes – avec précision

La réaction de méthanation produit beaucoup de chaleur et de fortes températures qui peuvent endommager le réacteur et surtout le catalyseur. Jusqu’à présent, de tels processus étaient généralement lancés lentement, puis fonctionnaient de manière constante pendant des semaines. « Nous essayons tout d’abord de voir avec quel dynamisme ce processus peut fonctionner et en déduisons de premières approches pour de nouvelles stratégies de fonctionnement ou conceptions de réacteur. De premiers résultats très prometteurs basés sur des calculs informatiques ont déjà été obtenus. Nous voulons maintenant vérifier ces résultats avec l’installation pilote », déclare Jens Bremer, le chef de projet, pour présenter l’objectif des chercheurs. Les attentes envers la thermorégulation sont donc très élevées. L’installation de thermorégulation LAUDA fournit la précision requise. « La performance et la dynamique du réacteur dépendent beaucoup de son refroidissement. Une thermorégulation réglable rapidement permet de pouvoir réagir en souplesse aux influences extérieures, par exemple une baisse de l'alimentation en hydrogène, sans avoir à arrêter le réacteur », précise Jens Bremer.

Pendant le processus, le réacteur est chauffé électriquement à 340 °C. À partir d’une température définie, une réaction exothermique se produit qui doit impérativement être refroidie brusquement à 150 °C. Une vanne électronique, utilisée normalement comme organe régulateur, serait beaucoup trop lente dans ce cas précis. En fonction de la grandeur réglante, la capacité de refroidissement peut être modifiée à l’aide de la vanne. En cas de refroidissement avec de l’eau, la capacité de refroidissement est normalement limitée afin de préserver les matériaux des écarts importants de température. Dans ce cas précis, la tâche exigeait cependant une ouverture rapide afin d’atteindre la vitesse de refroidissement requise sans soumettre le matériel à une trop forte sollicitation. Les ingénieurs LAUDA ont donc mis en place un distributeur pneumatique 3 voies qui s’ouvre en seulement deux secondes afin de garantir un refroidissement du fluide caloporteur de plus de 150 °C par minute.

L’installation de thermorégulation comprend deux circuits de thermorégulation. Alors que le premier circuit thermorégule un récipient tampon, le second circuit thermorégule le montage d’essai de l’institut Max-Planck. Les deux circuits sont reliés l’un à l’autre par le réservoir de fluide car ils utilisent le même fluide. Le client exigeait également que le fluide caloporteur choisi puisse être utilisé jusqu’à 350 °C. LAUDA a donc opté pour une huile thermique qui satisfait aux exigences élevées du matériel.

Exigences spécifiques du client satisfaites

LAUDA a conçu et fabriqué cette installation de thermorégulation spéciale selon les souhaits de l’institut Max-Planck. Le faible espace disponible a été pris en compte dès la phase de développement sur ordinateur. L’installation devait en effet loger dans un dôme de sécurité spécial, ce qui nécessita d’installer les armoires de commande sur le côté. Les raccords se trouvent, comme le souhaitait le client, en partie sous l’appareil. L’installation fut livrée par LAUDA à Magdebourg en deux parties, puis placée dans le coffrage en verre de sécurité à l’aide d’une grue.

Cette installation de thermorégulation pour la recherche dans le domaine de la méthanation est déjà la deuxième installation que LAUDA fournit à l’institut Max-Planck. On est là-bas plus que satisfait des prestations du fabricant d’installations de thermorégulation : « Du premier développement du concept jusqu’à la mise en place finale sur site, nous avons été très bien conseillés et accompagnés. Aucun autre fabricant contacté n’a pu apporter cette flexibilité pour notre tâche spécifique », explique le chef de projet Jens Bremer.