Rationaliser la conception produit avec la DFN signée GEA
27 Aug 2020
GEA se penche sur la technologie de la dynamique des fluides numérique (DFN) et explique comment celle-ci peut être la clé d’un calcul des coûts de revient plus exact et d’une majeure précision lors de la conception, fournir davantage d'éléments utiles sur le procédé et réduire considérablement le risque pour les clients qui achètent des séchoirs-atomiseurs pour ingrédients alimentaires, amidons et protéines.
La mécanique des fluides numérique, dans le cadre du séchage par atomisation d’ingrédients alimentaires, d’amidons et de protéines, est une technique éprouvée pour simuler sur ordinateur le comportement des produits durant le séchage, avant de procéder à des expériences physiques sur des modèles réels.
La DFN n’est pas une nouveauté dans l’industrie, De nombreux secteurs, à commencer par l'industrie aérospatiale et l'automobile, ont intégré la DFN dans leurs processus de développement de produits. Dans le domaine du séchage par atomisation d'ingrédients alimentaires, d’amidons et de protéines toutefois, d’autres variables sont au cœur des enjeux : le client et le produit.
Stig Skalshøj Christensen est ingénieur commercial chez GEA. Pour lui, tous les produits et tous les clients sont différents. « Les clients travaillent avec des matières premières différentes et cherchent souvent à atteindre des résultats légèrement différents. Si nous voulons apporter à ces clients la confiance dont ils ont besoin pour choisir notre technologie, nous devons nous assurer que nous les comprenons vraiment, eux, leurs produits et ce qu’ils cherchent à atteindre. »
Kristian M. Ingvorsen est Responsable DFN chez GEA. Il a résumé les avantages du procédé pour la clientèle. « Pour commencer, tous les tests sont effectués sur ordinateur et non pas sur le site », explique-t-il. « Or, chacun sait que les essais effectués sur le terrain sont difficiles et coûteux. Les simulations sur ordinateur fournissent un environnement de test à bas coût et sans aucun risque. Deuxièmement, la modélisation fournit des éléments utiles qui vont en profondeur sur le procédé, vous permettant de comprendre en détail comment les modifications apportées aux différents paramètres d’entrée impactent l'ensemble du procédé. Les résultats sont nettement supérieurs à ceux d’une approche par tâtonnements traditionnelle, dans laquelle les suppositions se taillent la part du lion ».
Usine de protéines de soja en Asie
Stig Skalshøj Christensen a donné l’exemple d’une usine de protéines de soja en Asie. L’entreprise, qui utilisait déjà des séchoirs-atomiseurs de grandes dimensions, voulait doubler sa capacité. Pour cela, elle souhaitait utiliser un unique séchoir de très grandes dimensions, même si une machine de cette taille n’avait encore jamais été utilisée pour ce type d’applications. Il fallait voir si c’était réalisable et, dans l'affirmative, déterminer quelles étaient les caractéristiques de conception spécifiques du séchoir qui en permettraient une exploitation efficace et fourniraient la qualité de produit fini exigée par le client.
« Notre équipe DFN a été en mesure d’utiliser les données d’un grand séchoir utilisé pour un produit similaire, de les insérer dans le programme de simulation, puis d’augmenter la taille et la capacité de la chambre pour en observer le comportement. Ce n’est que quand l’équipe a eu la preuve qu’il était techniquement possible de construire le séchoir que nous l’avons présenté au client. Le client a accepté notre proposition et le projet est en cours. Le fait de n'avoir qu’un séchoir permettra à ce client de réaliser des économies considérables au niveau des coûts en capital, d’installation et de construction. Cela aurait été bien trop risqué sans les avantages de la DFN et le client aurait probablement commandé deux séchoirs, ce qui aurait été plus coûteux et moins efficace. »
Pourquoi faire grand quand on peut faire petit
Il est tout à fait possible de se servir des calculs dans l’objectif opposé. Dans le cas où, par exemple, un client penserait avoir besoin d'un séchoir d’une certaine taille, la DFN peut permettre aux ingénieurs de GEA de démontrer clairement qu’il est possible d'atteindre le même résultat avec une machine plus petite. « Là encore, la DFN permet de faire des économies, au niveau du séchoir bien sûr, mais aussi au niveau de l’installation, du gros œuvre et des coûts d’exploitation à long terme », a expliqué Stig. « Plus le séchoir est petit, mieux c’est, du moment qu’il peut faire son boulot. »
La vraie compétence
Lars Voigt est le Responsable de la gestion des données et des outils d’ingénierie chez GEA. Pour lui, il est important de travailler en équipe avec des collègues pour pouvoir rassembler toutes les connaissances concernant le client et l'application afin d'insérer les données les plus précises possible dans ce qu’il appelle le Virtual Test Bench, le banc d’essais virtuel. GEA a standardisé les rapports générés par le banc d’essais virtuel pour accélérer le processus et aider Lars à fournir des informations utiles pouvant être utilisées pour prendre des décisions critiques.
« C’est là que la compétence fait la différence », dit-il. « Nous sommes des spécialistes de la modélisation d'hypothèses et de l'adaptation de modèles, ce qui nous permet de prendre des décisions rapides et fiables. Nous interprétons les données du système DFN pour montrer comment il est possible de personnaliser une pièce de l’équipement pour un consommateur individuel. Autrement dit, nous convertissons les données en connaissances. En plus, nous devons le faire rapidement. »
Le temps, c'est de l'argent
Et, quand il dit rapidement, Lars veut dire très rapidement. « Vu que nous utilisons des modes opérationnels éprouvés et sommes épaulés par une équipe qui a de l’expérience, nous sommes souvent en mesure de présenter nos conclusions en deux semaines quand nos concurrents, qui peuvent avoir besoin d’effectuer un projet de recherche, ont besoin de deux ans ou plus. » La vitesse est également importante lors du dépannage. Dans ce cadre, il est possible de réaliser des simulations pour comprendre pourquoi des résidus s’accumulent dans un séchoir et, plus important encore, savoir quels réglages effectuer pour résoudre le problème.
La DFN a également d’autres utilisations à plus long terme. Chez GEA par exemple, la recherche et le développement de produits sont un processus continu qui repose en grande partie sur des analyses de DFN pour piloter l’évolution des produits et le développement de nouveaux produits. Même si, selon Lars, les projets urgents sont bien sûr prioritaires. « Nos projets suivent toujours les délais de nos clients, qu’ils soient internes ou externes ».
Les avantages pratiques
Résultat, la DFN lorsqu'elle est associée à l’expertise des ingénieurs de GEA, peut se révéler un outil puissant. Elle peut être utilisée pour réduire les coûts ; pour évaluer rapidement les conséquences des variations de conception des produits ; pour fournir des éléments utiles tôt au cours du processus de conception et éviter de devoir recourir à des essais physiques ; pour donner aux développeurs un flux d’informations visuelles depuis n’importe quel point du système, qui serait impossible à obtenir avec des capteurs ou des jauges ; permet aux concepteurs de modéliser n’importe quel ensemble de conditions pour tester les processus de flux différentiel et de transfert de chaleur ; et donne aux concepteurs la liberté d’expérimenter, en poussant parfois les paramètres à l’extrême.
Le facteur GEA
GEA a plus de 50 ans d’expérience en génie des procédés pour le secteur des ingrédients alimentaires, ce qui se reflète dans le nombre d’installations en service dans le monde et les connaissances sans pareilles des techniciens en génie des procédés de l’entreprise.
Stig Skalshøj Christensen est convaincu que la DFN, associée à cette longue expérience et à une vaste connaissance des produits et des procédés, est à la fois unique dans le secteur et utile pour convaincre les clients de la validité des solutions de GEA. « Le logiciel à lui seul ne suffit pas », explique-t-il. « Ce sont la vision, l’expertise et l’expérience de l’équipe, qui est derrière chaque projet, qui comptent. Les clients ont besoin de savoir que nous ne nous fions pas uniquement à ce que nous dit l’ordinateur, mais que que nous utilisons la technologie pour appliquer notre expérience de manière pratique. Je crois que GEA peut faire cela mieux et plus vite que quiconque, en particulier dans le cas de ces très grands séchoirs qui requièrent nos compétences particulières. »
Il est important pour chaque client de savoir que ses installations de séchage par atomisation sont spécialement conçues pour son application et fonctionnent à un niveau optimal. Autrefois, cela voulait obligatoirement dire faire des concessions, faire jouer le principe de précaution. Aujourd’hui, grâce à la modélisation DFN, il est possible de repousser ces limites bien plus loin, ce qui donne à nos clients un avantage commercial dans un marché concurrentiel et leur permet de développer de nouveaux produits de manière sécurisée, rapide et bon marché.
