D?tection de l'encrassement dans un ?changeur de chaleur par observateurs de type Takagi-Sugeno

par Sabrina Delrot (Lenne)

Thèse de doctorat en Automatique. Automatique, g?nie informatique

Sous la direction de Michel Dambrine.

Le président du jury était Thierry-Marie Guerra.

Le jury était composé de Michel Dambrine, Kevin Guelton, Mohammed M'Saad, Krishna Busawon, Fran?ois Delmotte.

Les rapporteurs étaient Kevin Guelton, Mohammed M'Saad.


  • Résumé

    Le ph?nom?ne d'encrassement dans les ?changeurs thermiques est actuellement un sujet important. En effet l'encrassement est un ph?nom?ne couteux qui provoque (directement ou indirectement via un surdimensionnement des installations) une augmentation des pertes ?nerg?tiques, une hausse de la consommation d'eau. Par effet li?, l?encrassement a un impact environnemental non n?gligeable d? principalement ? une augmentation de l??mission de dioxyde de carbone. La d?tection de l'encrassement peut se faire de mani?re tr?s ponctuelle en utilisant des capteurs sp?cifiques et co?teux ou, globalement, soit en mesurant la variation de masse de l??changeur, soit en ?valuant l?efficacit? de l??changeur ? travers le coefficient de transfert ? ces deux derni?res m?thodes exigeant des conditions de fonctionnement tr?s particuli?res : l?arr?t pour la premi?re et un fonctionnement en r?gime permanent pour la seconde. Les travaux pr?sent?s dans cette th?se consistent au d?veloppement d?observateurs non lin?aires qui permettent de d?tecter l'encrassement suffisamment t?t pour mettre en place un syst?me d'entretien efficace. Pour cela, un mod?le de dimension finie d?un ?changeur tubulaire ? contre courant a ?t? d?fini en d?but de th?se. Trois solutions bas?es sur le d?veloppement d'observateurs non lin?aires de type Takagi-Sugeno appliqu?s au probl?me de d?tection d'encrassement dans les ?changeurs thermiques sont propos?es. La premi?re consiste en une batterie d'observateurs qui estime les param?tres d'encrassement par une m?thode d'interpolation. La deuxi?me propose un observateur polynomial de type Takagi-Sugeno en utilisant la th?orie des sommes de carr?s. Enfin, un observateur de type Takagi-Sugeno ? entr?es inconnues est d?velopp?. Une comparaison entre ces diff?rentes m?thodes est effectu?e en conclusion cette th?se.


  • Résumé

    The phenomenon of fouling in heat exchangers is currently an important topic. Indeed, the fouling is a costly issue that increases the energy loss (directly or indirectly through an over-sizing of the equipment), and therefore increases the water consumption. As a side effect, fouling increases CO? consumption that leads to environmental consequences. Fouling can be detected either on local scale, using expensive and specific sensors or on global scale. Global estimation of fouling can be done by measuring the variation of the mass of the exchanger, or by estimating the efficiency of the exchanger through the transfer coefficient. These two methods require very restricting conditions: a powered exchanger to measure mass variation and a steady state exchanger to estimate the efficiency. The work introduced in this thesis deals with the development of non-linear observers that detect fouling early enough to start an efficient cleaning process. As a beginning, a finite element model of a counter current tubular exchanger was proposed. Then three approaches, based on non-linear Takagi-Sugeno observers, were suggested to detect early fouling in heat exchangers. First approach consisted in a set of observers that estimated the parameters of fouling effect through an interpolation method. The second approach proposed a polynomial Takagi-Sugeno observer, using the theory of sums of squares. Finally, a observer of Takagi-Sugeno type with unknown inputs was developed. As a conclusion, a comparison between those different methods was done.


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