Université du Québec à Chicoutimi

MODULE D’INGÉNIERIE

GÉNIE MÉCANIQUE & INGÉNIERIE DE L’ALUMINIUM

6GIN555

Rapport final

# Projet : 2011- 270

Conception d'une unité combinée de lavage de barils et d'un NEP

Préparé par

Rudy Privé

Pour

Frank Privé, ing, jr, Fondateur et brasseur

L'Espace public-Brasseur de quartier

16 décembre 2011

CONSEILLER: Lyne St-Georges, ing., Ph.D.

COORDONNATEUR : Jacques Paradis, ing

2

Approbation du rapport d’étape pour diffusion

Nom du conseiller

Date

Signature

3

RÉSUMÉ

Résumé de la problématique et des objectifs

L'Espace public-Brasseur de quartier est une microbrasserie en processus d’ouverture

à Montréal. Pour le respect des normes en vigueurs au Québec et la production d’une bière

de qualité, elle doit bientôt se munir de divers équipements pour le nettoyage de ses

installations. Les équipements de nettoyage comprennent une station de lavage de barils et

une station NEP (Nettoyage En Place) pour les différents réservoirs servant au brassage.

Cependant, le lieu de brassage de L'Espace public-Brasseur de quartier est étroit et répartis

sur la longueur, ce qui restreint l’espace pour l’installation et l’entreposage de ces deux

stations. L’objectif de ce projet est la conception d'une unité combinée de nettoyage, c’est-à-

dire une unité jumelant une station de lavage des barils et une station NEP afin de diminuer

l'espace de travail et d’entreposage requis. L’appareil développé devra également être simple

d’emploi et suffisamment robuste pour résister à la fois aux agents chimiques utilisés et aux

nombreux cycles de lavages qu’il effectuera.

Résumé du travail réalisé

Étant donné que plusieurs méthodes nettoyages des équipements pouvaient être

envisagées, les premières semaines du projet ont été consacrées au choix de la méthode qui

rencontrait le mieux les objectifs fixés. À cet effet, deux visites de lieux de brassage ont été

effectuées en plus des recherches bibliographiques et des consultations auprès de plusieurs

intervenants. Après délibération des avantages et des inconvénients de chaque méthode, la

conception d’une unité de nettoyage munit d’un réservoir unique et chauffé a été retenue.

Les agents chimiques de nettoyage ont par la suite été sélectionnés. Lors de la conception de

l’unité, différents cycles de nettoyage ont été élaborés. Le dimensionnement de l’unité ainsi

que la conception en trois dimensions ont été réalisés à la toute fin du projet.

Résumé des conclusions

La réalisation de ce projet a mené à la conception d’un prototype permettant le

nettoyage de barils et de réservoirs sur un seul équipement. Bien que le prototype rencontre

les objectifs initiaux en théorie, une campagne d’essais sera nécessaire afin de vérifier

l’efficacité du nettoyage et de faire l’ajustement des pressions et des débits des différents

fluides utilisés. Étant donné que la prédiction du comportement des différents fluides à

l’intérieur des barils, de nombreux paramètres restent à évaluer. Pour se faire, un baril munit

d’une fenêtre en plexiglas devra être acheté ou fabriqué.

4

Table des matières

1. Introduction .......................................................................................................................... 5

1.1 Contexte .................................................................................................................... 7

1.2 Problématique............................................................................................................ 7

1.3 Objectifs du projet ..................................................................................................... 8

1.4 Équipe de travail ........................................................................................................ 8

2. Travail réalisé ...................................................................................................................... 9

2.1 Études des contraintes ............................................................................................... 9

2.2 Recherche bibliographique ........................................................................................ 9

2.3 Méthode envisagée pour solutionner le problème ................................................... 10 2.3.1 Unité mobile avec pompe de recirculation et 1 réservoir de

récupération non-chauffé ........................................................................ 10 2.3.2 Unité mobile avec pompe de recirculation et 1 réservoir de

récupération chauffé ............................................................................... 11 2.3.3 Unité mobile avec pompe de recirculation et 2 réservoirs de

récupération dont un chauffé ................................................................. 12 2.3.4 Nettoyage en double (deux barils à la fois) ............................................ 12 2.3.5 Opérations manuelles ou automatiques ................................................. 12

3. Éléments de conception ..................................................................................................... 13

3.1 Lavage des récipients alimentaires .......................................................................... 13

3.2 Lois et normes sanitaires ......................................................................................... 13

3.3 Type d’unité choisi et équipements connexes ......................................................... 14 3.3.1 Type d’unité............................................................................................... 14 3.3.2 Élément chauffant ...................................................................................... 15 3.3.3 Tubulures, boyaux et valves ...................................................................... 15 3.3.4 Choix de la pompe de l’unité ..................................................................... 16

3.4.1 Choix du détergent de lavage .................................................................... 19 3.4.2 Choix du désinfectant ................................................................................ 19 3.4.3 Choix du fournisseur de produits chimiques ............................................. 20 3.4.4 Manipulations des agents nettoyants ......................................................... 20

3.5 Buse de nettoyage des réservoirs ............................................................................. 21

3.6 Cycles de lavage ...................................................................................................... 22

3.7 Automatisation ........................................................................................................ 24

3.8 Dimensionnement de l’unité et design .................................................................... 28 3.8.1 Structure .................................................................................................... 28 3.8.2 Réservoir.................................................................................................... 29 3.8.3 Tubulures principales (« Bloc manifold ») ................................................ 29 3.8.4 Unité complète........................................................................................... 30 3.8.5 Matériel ..................................................................................................... 32

5

3.8.6 Techniques d’assemblage .......................................................................... 33 3.8.7 Simulations des contraintes ....................................................................... 33 3.8.8 Risques de renversement ........................................................................... 34

4. Approximation des coûts ................................................................................................... 36

5. Arrimage formation pratique/universitaire ........................................................................ 37

6. Échéancier .......................................................................................................................... 38

7. Analyse et discussion ......................................................................................................... 40

8. Conclusion et recommandations ........................................................................................ 41

9. Bibliographie ..................................................................................................................... 42

10. Annexe ............................................................................................................................... 43

Table des figures

Figure 2.3.1 : Croquis d’unité de nettoyage ............................................................ 11

Figure 3.3.1 : Courbe de performance de la pompe Thomsen modèle 4…………..18

Figure 3.5.1 : Buse sphérique .................................................................................. 21 Figure 3.7.1 : Configuration de buses sphériques ................................................... 22 Figure 3.7.1 : Schéma du circuit de nettoyage à contrôler ...................................... 25 Figure 3.7.2 : GRAFCET nettoyage de barils ......................................................... 26 Figure 3.7.4 : Légende des variables de sorties ....................................................... 27 Figure 3.7.3 : GRAFCET désinfection de barils ..................................................... 27 Figure 3.8.1 : Structure de l’unité............................................................................ 28 Figure 3.8.2 : Réservoir ........................................................................................... 30 Figure 3.8.3 : Tubulures principales (« bloc manifold ») ........................................ 30 Figure 3.8.4 : Unité complète, devant ..................................................................... 31 Figure 3.8.5 : Unité complète, derrière ................................................................... 32

Figure 3.8.6 : Schéma latéral de l’unité servant aux calculs de risques de

renversement……………………………………………………………...34

Figure 10.2.1: Produit Sanimarc, ENVIRO-ACID ................................................. 44 Figure 10.2.2 : Produit Sanimarc, EXTREM .......................................................... 45 Figure 10.2.3: Produit Sanimarc , OXYGERM page1 ............................................ 46 Figure 10.2.4 : Produit Sanimarc , OXYGERM page2 ........................................... 47 Figure 10.3.1 : Intérieur d’un baril de 50 litres ....................................................... 48 Figure 10.4.1 : Vue éclatée d’une pompe centrifuge............................................... 48 Figure 10.4.2 : Fiche technique de la pompe de l’unité .......................................... 49 Figure 10.5.1 : Élément chauffant sélectionné pour l’unité .................................... 50 Figure 10.5.2 : Thermocouple sélectionné pour l’unité .......................................... 50 Figure 10.5.3 : Contrôleur de température sélectionné pour l’unité ........................ 50 Figure 10.6.1 : Contraintes de Von Mises sur le côté de l’unité résultant d’une

charge répartie de 650N (Barils pleins) ..................................................... 51

6

Figure 10.6.2 : Déformations sur le côté de l’unité résultant d’une charge répartie de

650N (Barils pleins) .................................................................................. 52 Figure 10.6.3 : Contraintes de Von Mises sur le côté de l’unité résultant d’une

charge répartie de 400N (Barils contenant 5 litres de liquides) ................. 52 Figure 10.6.4 : Déformations sur le côté de l’unité résultant d’une charge répartie de

400N (Barils contenant 5 litres de liquides) .............................................. 53 Figure 10.6.5 : Contraintes de Von Mises sur la plaque de chargement résultant

d’une charge répartie de 1300N (Barils pleins) ......................................... 53 Figure 10.6.6 : Déformations sur la plaque de chargement résultant d’une charge

répartie de 1300N (Barils pleins)............................................................... 54 Figure 10.6.7 : Contraintes de Von Mises sur la plaque de chargement résultant

d’une charge répartie de 650N (Barils contenant 5 litres de liquides)....... 54 Figure 10.6.8 : Déformations sur la plaque de chargement résultant d’une charge

répartie de 650N (Barils contenant 5 litres de liquides) ............................ 54 Figure 10.6.9 : Contraintes de Von Mises sur le réservoir résultant d’une pression

de 5000 pa.................................................................................................. 55 Figure 10.6.10 : Déformations sur le réservoir résultant d’une pression de 5000 pa

................................................................................................................... 55

Table des tableaux

Tableau 3.3.1 : Débit recommandé selon le diamètre des conduits pour avoir un

écoulement turbulent ................................................................................. 17 Tableau 3.3.2 : Débit recommandé pour le lavage des réservoirs, selon leur

diamètre ..................................................................................................... 17 Tableau 3.8.1 : Tableau des résultats des études de contraintes .............................. 34 Tableau 4.1 : Approximation des coûts de matériels ......................................... .…36 Tableau 10.1.1: Diagramme de Gantt ................................................................. …43

Tableau 10.4.1 : Pertes de charges dans les tuyaux……………………… ……….49

7

1. Introduction

1.1 Contexte

L'Espace public-Brasseur de quartier est une microbrasserie en processus

d'ouverture qui ouvrira ses portes à l'hiver 2011 -2012 dans le quartier Hochelaga-

Maisonneuve à Montréal. Elle tentera de faire sa place dans un milieu compétitif où il est

très important de se démarquer. Les équipements de brassage qu’elle possède sont

présentement en cours d’installation au sous-sol de l’établissement que l’entreprise

occupe. L’équipe de brasseurs espère pourvoir produire une ou deux brassées de 500

litres de bières par semaine. Pour ce faire, elle utilisera une cuve servant au mélange et à

l’empâtage des différents grains et céréales utilisés, deux cuves de fermentation et un

réservoir servant à la carbonisation de la bière. La microbrasserie prévoit offrir

simultanément, au bar situé au rez-de-chaussée de son établissement, quatre différentes

bières qu’elle a elle-même produite. Pour se faire, elle doit transvider la bière qu’elle

produit dans des barils de 50 litres qui seront connectés aux fûts du bar. Près de 70 barils

d’un modèle semblable présenté à l’ANNEXE 10.3 seront achetés pour servir à cette fin.

1.2 Problématique

La propreté des équipements de brassage influence grandement le goût de la bière

ou même sa comestibilité. Un contrôle serré de salubrité doit être effectué pour éviter une

prolifération de bactéries nocives lors de la fermentation ou l’entreposage de la bière. De

plus, vu la vocation du commerce, il est obligatoire que l’environnement de production

soit conforme aux diverses normes alimentaires en vigueur au Québec. Ainsi, pour le

respect de ces normes et la production d’une bière de qualité, L’Espace public doit bientôt

se munir de divers équipements pour le nettoyage de ses installations. Les équipements de

nettoyage comprennent une station de lavage de barils et une station NEP (Nettoyage En

Place). Cependant, le lieu de brassage de L'Espace public-Brasseur de quartier est étroit

et répartis sur la longueur (5 mètres de large sur 23 mètres de long), ce qui restreint

l’espace pour l’installation et l’entreposage de ces deux stations. De plus, pour une

question de mobilité, ces dernières ne doivent pas dépasser les dimensions internes d’un

cadre de porte standard. Finalement, l’entreprise possède un budget assez restreint pour

l’achat et la fabrication de ces équipements.

8

1.3 Objectifs du projet

L’objectif de ce projet est la conception d'une unité combinée de nettoyage, c’est-

à-dire une unité jumelant une station de lavage des barils et une station NEP. Il sera ainsi

possible de diminuer l'espace de travail et d’entreposage requis. Aussi, le dédoublage

d'équipements comme les réservoirs d'agents chimiques, les valves et les pompes sera

évité. L’appareil développé devra également être simple d’emploi et suffisamment

robuste pour résister à la fois aux agents chimiques utilisés et aux nombreux cycles de

lavages qu’il effectuera. Il devra aussi être en mesure de faire le remplissage des barils à

partir des cuves de garde. Finalement, des recherches devront être effectuées afin de

déterminer les séquences de nettoyage ainsi que les dosages et températures des agents

chimiques afin d'optimiser les cycles de nettoyage et de minimiser les risques d'infections

des barils et des réservoirs.

1.4 Équipe de travail

.

Pour des raisons personnelles de la part du promoteur, le projet à été réalisé

individuellement par Rudy Privé.

9

2. Travail réalisé

2.1 Études des contraintes

L’unité mobile devra être en mesure de nettoyer correctement les réservoirs et les

barils de la micro-brasserie. Pour ce faire, une pompe doit faire circuler en boucle

différents agents de nettoyage dans les équipements à nettoyer. Un ou des bassins doivent

aussi permettre la recirculation des agents de nettoyage utilisés. Une analyse des

différents cycles de lavage devra être effectuée afin de vérifier les contraintes matérielles

du projet. Cependant, il est connu que les équipements doivent minimalement être

nettoyés avec un caustique à chaque utilisation et un acide occasionnellement. Toutes les

parties de l'unité en contact avec les liquides et les gaz de nettoyage devront être

compatible avec les normes alimentaires en vigueur au Québec. Les composantes utilisées

devront être compatibles avec les différents agents chimiques utilisés ainsi qu'avec les

différentes pressions d'opérations des gaz et des liquides. L’unité de lavage devra aussi

être opérationnelle dans les conditions dictées par le promoteur. Les débits seront

déterminés en cours de projet.

Conditions du promoteur :

-conception de composantes en acier inoxydable;

-air comprimé @ 40 psi (pour le rinçage et la purge);

-eau @ 50 psi (pour le rinçage);

-CO2 @ 20 psi (pour la purge);

-pompe centrifuge en acier inoxydable ;

-sélection de composantes avec alimentation électrique de 240 V.

Le coût normal d’une telle unité est d’environ 12 000 $. Même si le budget de ce

projet n’a pas encore été établi, vu les contraintes budgétaires du promoteur, les coûts de

fabrication devront y être largement inférieurs. Des discussions à cet effet devront avoir

lieu avec le promoteur au cours de l’avancement du projet.

2.2 Recherche bibliographique

Les premières recherches effectuées consistaient à trouver et identifier quels

types d’équipements pouvaient être utilisés pour satisfaire les exigences du promoteur.

Pour ce faire, il a fallu prendre connaissance des principes fondamentaux du brassage.

10

Afin de bien faire les liens entre les recherches effectuées en anglais et en français, un

lexique anglais-français spécialisé [1] sur le brassage a été consulté. Les locaux du

promoteur purent être visités afin de mieux connaître les contraintes du projet. Aussi, de

nombreux sites internet de fabricants et de distributeurs d’équipements industriels et de

produits chimiques durent être consultés pour connaître les composantes générales d’une

unité de nettoyage. Des photos prises par le promoteur dans d’autres établissements

montrant des équipements de nettoyage ont été fournies par ce dernier. Une

communication téléphonique a aussi été effectuée avec un représentant de chez Sanimarc,

une entreprise spécialisée dans la vente de produits sanitaires, afin de prendre

connaissance différents produits disponibles. Une visite dans une microbrasserie de Saint-

Hyacinthe et une autre à la Voie Maltée de Jonquière ont permis de mieux connaître les

équipements de sanitation et les produits chimiques utilisés en générale dans l’industrie.

Finalement, un manuel de référence spécialisé sur les équipements de brassage [2] a été

commandé par le promoteur et une recherche exhaustive sur les normes alimentaires en

vigueur au Québec a été effectuée.

2.3 Méthode envisagée pour solutionner le problème

Plusieurs solutions sont envisageables pour la réalisation du projet. Cependant,

dans tout les cas, l’unité devra permettre la connexion d’une entrée et d’une sortie

supplémentaire au système de pompage afin d’effectuer la circulation de liquides

nettoyants dans les réservoirs de production de la microbrasserie. Voici les différentes

options qui pourraient répondre aux exigences du promoteur :

2.3.1 Unité mobile avec pompe de recirculation et 1 réservoir de récupération non-

chauffé

Cette option offre une unité composée d’un cadrage en acier inoxydable sur

roulettes devant supporter la pompe de recirculation et un réservoir de recirculation

non-chauffé. Un système de valve manuelle permet de connecter l’orifice du baril à

nettoyer à la sortie de la pompe. Un mélange d’agents nettoyants et d’eau chaude

(certains agents nettoyants doivent atteindre une température assez chaude pour être

efficaces) doit être transvidé dans le réservoir de recirculation et être ensuite pompé

en boucle dans le baril. Le liquide est ensuite retourné au réservoir par la valve déjà

connectée au baril. Cette dernière comprend une entrée et une sortie. Le principe de

11

recirculation à l’intérieur du baril sera expliqué plus loin dans le rapport. Une fois le

cycle de nettoyage effectué, le baril est démonté pour permettre le nettoyage d’un

deuxième baril et ainsi de suite. Lorsque la température de l’agent nettoyant est trop

basse, un autre mélange est effectué.

Cette option permet un minimum d’achat d’équipements. Cependant, l’absence

d’un élément chauffant amène le gaspillage ou l’inefficacité de l’agent nettoyant qui

pourrait encore recirculer ou mieux travailler s’il avait gardé sa température optimale.

De plus, si la personne en charge veut effectuer un deuxième cycle de nettoyage dans

le même baril avec un autre agent nettoyant, cette dernière doit soit transvider le

réservoir de recirculation pour utilisé le second nettoyant ou faire une double

manipulation sur les barils en réeffectuant un second nettoyage une fois tous les barils

nettoyés avec le premier nettoyant. La figure 2.3.1 montre un croquis de ce type

d’unité

2.3.2 Unité mobile avec pompe de recirculation et 1 réservoir de récupération chauffé

La différence de cette option avec la première est l’installation d’un élément

chauffant dans le réservoir de recirculation de l’unité. Cet élément permet d’assurer

une efficacité optimale des agents chimiques qui ont besoin de garder une certaine

température. Même si cet équipement engendre des coûts supplémentaires, une

économie à long terme sur l’achat de produits chimiques sera faite.

Figure 2.3.1 : Croquis d’unité de nettoyage

12

2.3.3 Unité mobile avec pompe de recirculation et 2 réservoirs de récupération dont

un chauffé

Afin de palier au problème de double manipulation des barils ou de transvidage du

réservoir de recirculation lors de l’utilisation d’un deuxième agent nettoyant, un

réservoir de recirculation peut être ajouté voisin au premier déjà présent sur la station.

Ainsi, un baril ou un réservoir pourra être installé sur son socle ou connecté à la

station et subir deux cycles différents sans être démonté ou déconnecté plus d’une fois.

Les manipulations de l’opérateur et les risques pour la santé et la sécurité de ce dernier

sont grandement diminués. Un système de valve supplémentaire permet le passage

d’un réservoir de recirculation à un autre sans l’utilisation d’une pompe

supplémentaire. Il est à noter que le deuxième réservoir ne nécessite pas d’élément

chauffant puisque normalement un seul agent de nettoyage parmi ceux utilisés au

cours d’un même nettoyage nécessite un chauffage.

2.3.4 Nettoyage en double (deux barils à la fois)

En concordance avec n’importe quelles des options entrevues précédemment, il

est possible d’installer un deuxième socle sur cadre de l’unité afin de permettre le

nettoyage de deux barils en même temps. Le temps de nettoyage de la flotte de barils

est ainsi coupé en deux. Cependant, une pompe ayant un plus grand débit est alors

nécessaire.

2.3.5 Opérations manuelles ou automatiques

Au lieu d’effectuer les cycles de lavage en tournant tour à tour les valves

manuellement, il est possible en utilisant des valves pneumatiques avec un contrôle

par solénoïde électrique, de rendre les cycles de nettoyages automatisés. Vu la

simplicité du contrôle, une série de relais et de chronomètres ajustables permettraient

l’automatisation du système. L’opérateur n’aurait qu’à enclencher le bouton poussoir

du cycle voulu. Les coûts les plus élevés amenés par cette installation seraient l’achat

des différentes valves pneumatiques à solénoïdes.

13

3. Éléments de conception

3.1 Lavage des récipients alimentaires

Dans un article de technique de l’ingénieur, Millet [3] explique les principes

fondamentaux d’un nettoyage aseptisant de récipients alimentaires. Il y détermine les

différentes étapes du nettoyage :

l’insufflage;

le lavage;

le rinçage et la désinfection.

Le premier rinçage qui se nomme l’insufflage a pour but d’enlever les poussières

et les résidus présents dans le récipient à nettoyer. Généralement, le liquide de rinçage est

de l’eau potable ou stérile. Ensuite vient l’étape du lavage qui consiste en l’utilisation

d’une solution détergente alcaline pour l’élimination des salissures. La concentration du

détergent, sa température, le temps d’application et le mode d’application soit par

trempage ou par injection sont des facteurs qui influencent le lavage. Le lavage est suivi

d’un rinçage à l’eau et d’une désinfection. La désinfection peut être effectuée soit par un

agent chimique oxydant ou par un moyen physique comme l’air ionisé ou des rayons UV-

C. Elle a pour but la décontamination des récipients à nettoyer avant leur remplissage.

3.2 Lois et normes sanitaires

Les équipements de nettoyage devront permettre à la microbrasserie de maintenir

ses installations et ses produits de consommations conforment aux lois en matière

d’hygiène en vigueur au Québec. Au fédéral, Agriculture et Agroalimentaire Canada

(AAC) exige que les installations brassicoles canadiennes soit conforme à la Loi sur les

aliments et drogues (L.R.C. (1985), ch. F-27) et la Loi sur l’emballage et l’étiquetage des

produits de consommation (L.R.C. (1985), ch. C-38) [5].

En plus de devoir répondre aux exigences de l’AAC, l’Espace public doit se

conformer aux normes du ministère de l'Agriculture, des Pêcheries et de l'Alimentation du

Québec (MAPAQ). Ce ministère s’assure de l’application de la Loi sur les produits

alimentaires [8]. Sans être précis sur les techniques de nettoyage à appliquer, le MAPAQ

14

exige des installations ne mettant pas la santé des consommateurs à risque. Pour ce faire,

il fait certaines recommandations :

-les équipements doivent être nettoyés et assainis afin d’assurer la salubrité des

lieux;

-le nettoyage et l’assainissement sont deux étapes distinctes et indissociables

d’un même processus;

-le nettoyage sert à déloger toutes les particules d’aliments et les saletés des

surfaces entrant en contact avec les aliments et est essentiel pour un

assainissement ultérieur efficace;

-l’assainissement permet de réduire sous un seuil sécuritaire le nombre de

microorganismes sur les surfaces;

-consulter les fabricants de produits de nettoyage et d’assainissement afin de

déterminer les produits qui sauront répondre aux besoins.

3.3 Type d’unité choisi et équipements connexes

3.3.1 Type d’unité

Lors des premières discussions avec le promoteur, il avait été convenu de

concevoir une unité de nettoyage manuelle comportant deux réservoirs dont un jumelé à

un élément chauffant afin de limiter le nombre de manipulations. L’unité ne devait

nettoyer qu’un seul baril à la fois, le nombre de barils à nettoyer ne justifiant pas un

nettoyage à deux barils simultanés (environ 10 barils par semaine). Cependant, après

certaines recherches, le projet a dû être réorienté. Le coût des valves et du matériel de

fabrication étant très élevé, la conception de l’unité ne devra finalement avoir recours

qu’à un unique réservoir. De plus, puisque l’unité doit aussi pouvoir effectuer le

nettoyage de réservoirs, une pompe surdimensionnée est nécessaire. Afin d’éviter un

gaspillage d’énergie lors de l’activation de la pompe, deux barils seront finalement

nettoyés simultanément.

15

3.3.2 Élément chauffant

À la suite des deux visites de microbrasserie qui ont été effectuées, il a été

déterminé qu’un élément chauffant de 3 kW, en acier inoxydable passivée pour une

meilleure résistance à la corrosion, sera amplement suffisant pour le chauffage de l’agent

nettoyant. L’effet « parapluie » crée à l’intérieur du baril rend presque impossible la

détermination de la perte de chaleur engendrée lors du nettoyage. L’utilisation d’eau

chaude lors du remplissage du réservoir permettra une utilisation minimale de l’élément

chauffant. Ce dernier ne sera activé que pour maintenir la température du fluide détergent

entre chaque cycle de nettoyage de barils. Le nettoyage d’un réservoir ne nécessitera pas

l’utilisation de l’élément chauffant puisque c’est le réservoir lui-même qui servira de

bassin de rétention à ce moment. Le temps de recirculation du fluide nettoyant dans cette

circonstance sera réévalué en fonction de l’évolution de la température du fluide.

Finalement, un interrupteur à niveau et un thermocouple connecté à un contrôleur de

température permettront le contrôle de l’élément chauffant. Les fiches techniques de ces

composantes sont présentées à l’ANNEXE 10.5.

3.3.3 Tubulures, boyaux et valves

Des tubulures sanitaires en acier inoxydable de 38 mm (1.5 po) de diamètre

seront utilisées afin de faire le raccord entre les différentes connexions de l’unité. Ce

diamètre est le même que les sorties et les entrées de la gamme de pompes à utiliser et des

réservoirs à nettoyer. Des boyaux flexibles de 12 mm (0.5 po), déterminés par la taille des

valves d’évacuation de barils standards, feront le raccord entre la valve de chaque baril et

les tubulures. Les autres dimensions et spécifications de conduits seront établies lors de la

construction de l’unité. Souvent, les conduits en acier inoxydable sont seulement

disponibles en barre de 17 à 21. Ainsi, puisque de faibles quantités sont nécessaires, le

choix des conduits ne sera pas seulement décidé en fonction des paramètres mais aussi en

fonction des retailles de matériels à la disposition du promoteur.

Toutes les valves de l’unité seront des valves à bille manuelle à deux positions en

acier inoxydable. Tout dépendant du choix des conduits, des valves standards avec

embouts NPTF ou des valves sanitaires avec embouts TRI-CLAMP seront utilisées. De

plus, même si le budget du promoteur est limité, ce dernier aimerait un jour rendre l’unité

16

automatisée. Ainsi, les plans devront prendre en compte l’installation éventuelle de valves

à action automatisée.

3.3.4 Choix de la pompe de l’unité

Le promoteur exige l’utilisation d’une pompe centrifuge Thomsen 98mm (3.875

po) modèle 4 de 1120W (1.5 hp) [ANNEXE 10.4]. Cette pompe répond aux normes

américaines d’alimentation (normes 3A de le FDA) et canadiennes [5][8] et pourra servir

de contingence au promoteur si la pompe de brassage subit un bris. Ce type de pompe

offre une grande latitude dans le type de liquide pouvant être pompé [4]. L’utilisation de

joints d’étanchéités en viton en remplacement des joints en buna qui sont généralement

présent sur ce modèle de pompes, permettra d’augmenter la durée de vie de cette dernière

avant qu’un changement de joints ne soit nécessaire. Ces joints sont très résistants aux

acides et caustiques [5]. Même si le buna peut résister aux mélanges d’agents chimiques

qui seront utilisés pour le nettoyage, un mauvais rinçage de la pompe pourrait amener ces

joints à se détériorer rapidement.

Les capacités de pression minimale de la pompe pour le nettoyage des barils sont

déterminées par la pression minimale d’injection de 2 bars (28 psi) selon Millet [3] alors

que pour le nettoyage des réservoirs, la pression minimale déterminée par la buse de

nettoyage à l’intérieur de chaque réservoir est de 1.75 bar (25 psi). Les de pertes de

charges (hfi lors du calcul du NPSH de la pompe et de l’étude sa courbe de débit) dans les

tuyaux lors du nettoyage d’un réservoir ont été approximées à l’aide du tableau 10.4.1 de

l’ANNEXE 10.4.

De plus selon, Salisbury [2], pour un nettoyage efficace des conduits et

réservoirs, la vitesse minimale d’un liquide nettoyant doit être de 1.5m/s (5 pi/sec). Il est

primordial que le fluide soit turbulent. Les deux tableaux suivants montrent les

recommandations de l’American Society of Mechanical Engineers (ASME) [7] :

17

Tableau 3.3.2 : Débit recommandé pour le lavage des réservoirs, selon leur diamètre

Selon le tableau 3.3.1, le diamètre maximal des conduits à nettoyer étant de 38 mm (1.5

po), le débit minimal pour un nettoyage efficace de ces derniers est de 90 lpm (24 GPM).

Aussi, d’après le tableau 3.3.2, le diamètre maximal des réservoirs à nettoyer étant de 914

mm (3 pieds), le débit minimal pour un nettoyage efficace de ces derniers est aussi de 90

lpm (24 GPM).

Ainsi, la courbe de performance de la pompe présentée à la figure 3.3.1 montre que la

pompe est surdimensionnée par rapport aux besoins de l’unité de nettoyage.

Tableau 3.3.1 : Débit recommandé selon le diamètre des conduits pour

avoir un écoulement turbulent

18

Figure 3.3.2 : Courbe de performance de la pompe Thomsen modèle 4

Une fois les vérifications de capacité effectuées, le NPSH (hauteur de la charge nette

absolue) de la pompe a été calculé afin d’obtenir une installation conforme de la pompe.

NPSH = Net positive-suction head = Hauteur de charge nette absolue = 12 (selon

chart)

Pa = Pression de surface

Pv = Pression de vaporisation de l’eau

Zi = Hauteur de la suction de la pompe (au-dessus du réservoir)

g = Gravité

hfi = Perte de charge entre le réservoir et la pompe

ρ = Densité du liquide

19

Ainsi, la pompe peut être installé jusqu’à 6.19 m au-dessus du réservoir, ce qui est

très suffisant puisque la pompe sera boulonnée au même niveau que le réservoir.

3.4 Agents nettoyants et consommation de produits chimiques

3.4.1 Choix du détergent de lavage

Pour être efficace, un détergent doit posséder certaines caractéristiques comme

être mouillant afin d’améliorer le pouvoir de détergence en facilitant l'introduction du

nettoyant dans les porosités et les fissures du récipient et être séquestrant afin de

maintenir en solution les molécules nettoyantes. Un bon détergent doit aussi être facile à

égoutter. Les principaux agents chimiques nettoyants sont les détergents alcalins (soude

caustique, potasse caustique, etc.) et les détergents acides (acide nitrique, acide

sulfurique, etc.). Les détergents alcalins permettent d’éliminer les souillures organiques

tandis que les détergents acides permettent d'éliminer les souillures minérales qui se sont

accumulées au fil du temps. Dans ce cas, les détergents acides sont utilisés lors d’un

lavage double.

3.4.2 Choix du désinfectant

Pour assurer la destruction des bactéries qui pourraient se multiplier à l’intérieur

des récipients, il est primordial de désinfecter ces derniers après leur nettoyage. La

méthode populaire est l’utilisation d’un antiseptique chimique. Les agents chimiques les

plus utilisés sont les oxydants comme l’acide péracétique ou le dioxyde de chlore. Ils

possèdent un large spectre d’efficacité contre les micro-organismes.

20

3.4.3 Choix du fournisseur de produits chimiques

Après discussion avec le promoteur et l’étude des points 3.4.1 et 3.4.2, le choix

des agents nettoyants a été établi. Le nettoyage des barils et réservoirs sera effectué avec

Extrem, un détergent distribué par la compagnie Sanimarc. Ce nettoyant alcalin est une

combinaison d’agents mouillants, de séquestrants et de soude caustique (hydroxyde de

sodium). Cette formulation permet d’enlever les souillures organiques avant une

aseptisation. Ce produit, une fois dilué pour obtenir une concentration de 2% en soude

caustique, sera versé dans le réservoir chauffé afin de conserver une température de 70 à

80ºC [6]. À cette température, l’agent nettoyant est à son efficacité optimale. Par la suite,

un acide péracétique avec une concentration de 1%, permettra une aseptisation des

équipements nettoyés. Finalement, à un intervalle de temps qui sera à déterminer, un

acide nitrique à faible concentration sera utilisé afin de prévenir et d’éliminer la

formation de « pierres de brassage » sur les parois des différents équipements. De plus,

l’acide nitrique permet de passiver l’acier inoxydable et ainsi le protéger de l’oxydation

amené par l’utilisation répétée du caustique. Il est important à noter que les deux derniers

produits chimiques n’ont pas besoin d’être chauffés et doivent être utilisés à température

pièce. Chauffer l’acide nitrique pourrait amener un risque d’intoxication par la

volatilisation d’éléments chimiques présents dans le mélange. L’annexe 10.2 montre les

fiches techniques de chaque produit.

Selon le distributeur Sanimarc, l’acide péracétique peut être présente en faible

quantité dans la bière sans danger pour la santé des consommateurs ou le goût de la bière.

De plus, rincer l’aseptisant annihilerait son effet. C’est pour cette raison qu’il n’est pas

nécessaire de rincer un équipement à la suite d’un cycle à l’acide péracétique. Cependant,

une purge complète au CO2 est nécessaire.

3.4.4 Manipulations des agents nettoyants

Les fiches signalétiques des différents agents chimiques indiquent plusieurs pré-

requis pour une utilisation sécuritaires :

Gants en néoprène

Lunettes étanches anti-éclaboussures

Tablier de sécurité

Endroit aéré

Réactivité entre agent acides et alcalins

21

Ces fiches signalétiques, qui n’ont pas été insérées dans le rapport vu leur

voluminosités (15 pages), devront être consultées par les utilisateurs avant l’utilisation

des agents chimiques. Elles sont disponible publiquement sur le site internet du

fournisseur au WWW.SANIMARC.COM.

Finalement, avant tout rejets de mélanges usés vers les égouts du quartier, une

évaluation et un ajustement du pH devront être effectués afin d’être conforme avec les

règlements municipaux.

3.5 Buse de nettoyage des réservoirs

Pour un nettoyage sans frottage, chaque réservoir à nettoyer devrait pouvoir

recevoir l’installation d’une buse de nettoyage. Le modèle le plus populaire pour le

nettoyage de cuves de brassage est la buse sphérique. La figure 3.5.1 montre

l’apparence générale de ce type de buses tandis que la figure 3.5.2 montre les

différentes configurations possibles.

Figure 3.5.1 : Buse sphérique

22

Figure 3.5.2 : Configuration de buses sphériques

Le type de buse utilisé par le promoteur est la buse sphérique @ 360 degrés

(figure 3.5.1 (A)).

3.6 Cycles de lavage

Une fois le choix du type d’unité et des agents nettoyants déterminés, cinq cycles

de nettoyage ayant des temps de recirculation différents ont pu être formulés :

1. Décapage à l’acide nitrique d’un baril

a. rinçage du baril à l’eau froide,

b. vidange de l’eau,

c. purge à l’air comprimé,

d. circulation d’acide nitrique,

e. vidange de l’acide,

f. purge à l’air comprimé.

2. Nettoyage d’un baril

a. rinçage du baril à l’eau froide,

23

b. vidange de l’eau,

c. purge à l’air comprimé,

d. circulation de soude caustique,

e. vidange de la soude caustique,

f. purge à l’air comprimé,

g. rinçage du baril à l’eau froide,

h. vidange de l’eau,

i. purge à l’air comprimé.

3. Désinfection d’un baril

a. circulation d’acide péracétique,

b. vidange de l’acide péracétique,

c. remplissage au CO2 @ 100 Kpa,

d. légère purge au CO2 jusqu’à 70 Kpa.

4. Décapage à l’acide nitrique d’un réservoir

a. rinçage du réservoir à l’eau froide,

b. vidange de l’eau,

c. injection d’acide nitrique dans le réservoir

d. circulation d’acide nitrique,

e. vidange de l’acide,

f. rinçage du réservoir à l’eau froide.

5. Nettoyage et désinfection d’un réservoir

a. rinçage du réservoir à l’eau froide,

b. vidange de l’eau,

c. injection de soude caustique dans le réservoir,

d. circulation de soude caustique,

e. vidange de la soude caustique,

f. rinçage du baril à l’eau froide,

g. vidange de l’eau,

h. injection d’acide péracétique dans le réservoir,

i. circulation d’acide péracétique,

j. vidange de l’acide péracétique.

24

L’ajout de CO2 dans les barils à la fin d’un nettoyage assure la non-prolifération de

bactéries durant l’entreposage des barils pleins ou vides. La temporisation entre les

différentes étapes sera établie lors de tests après la fabrication de l’unité. Lors du

nettoyage des barils, afin de faciliter la purge lors de la circulation des fluides, de l’air

comprimé est injectée en même temps sauf lors des cycles de désinfection où c’est le CO2

qui est utilisé. La pression des gaz d’injection sera déterminée lors de tests suivant la

fabrication de l’unité.

3.7 Automatisation

Une fois l’unité construite, il sera possible de la rendre complètement

automatisée lorsque les budgets seront disponibles. Les valves à billes manuelles

pourront être remplacées par des valves à angle à piston pneumatique. Ce type de valve

est le plus économique et pratique dans le cadre du projet. Le contrôle pourra être

effectué soit par un automate programmable ou un circuit de relais complémenté avec des

temporisations électroniques. Il est à noter que le contrôle automatique ne pourra

s’effectuer que sur le lavage des barils et non sur le lavage des réservoirs, cette

transformation étant trop coûteuse. La figure 3.7.1 montre le schéma de valves à contrôler

lors des modifications vers l’automatisation. La configuration manuelle de l’unité est la

même que celle ci-dessous sauf pour les valves à commandes pneumatiques qui sont

remplacées par des valves à bille manuelles.

25

Les figures 3.7.2 et 3.7.3 montre le GRAFCET des opérations d’automatisation à

effectuer tandis que la figure 3.7.4 est une légende des différentes variables de sorties.

Cependant, ces opérations devront être confirmées lors de tests en manuel après la

fabrication de l’unité.

Figure 3.7.1 : Schéma du circuit de nettoyage à contrôler

26

Figure 3.7.2 : GRAFCET nettoyage de barils

27

Figure 3.7.3 : GRAFCET désinfection de barils

Figure 3.7.4 : Légende des variables de sorties

28

3.8 Dimensionnement de l’unité et design

3.8.1 Structure

La conception de la structure a débuté par la détermination du dimensionnement

maximal permis dans chaque direction. La largeur de l’unité devait être inférieure à la

largeur d’une porte standard (92 cm ou 36 pouces) moins quelques centimètres pour

faciliter la manipulation. Celle-ci à donc été fixée à 76 cm (30 pouces). Afin de

limiter les risques de blessures lors de l’installation des barils, qui peuvent peser entre

10 et 15 kg chacun une fois vide, la hauteur totale de l’unité incluant les roulettes de

10 cm (4 pouces) est de 91 cm (36 pouces). Quant à la longueur de l’unité, elle a été

fixée au minimum, soit 86 cm (34 pouces), la largeur de deux barils standards côte à

côte. La figure 3.8.1 montre l’allure de la structure.

Figure 3.8.1 : Structure de l’unité

29

3.8.2 Réservoir

Le réservoir de l’unité (figure 3.8.2) a été dimensionné par rapport à l’espace maximal

qu’il pouvait occuper dans la structure déjà dessinée soit 44.5*60*71cm (17.5*24*28

pouces). Ces dimensions permettent au réservoir de recueillir environ 190 litres (60

gallons us) de liquides, soit presque quatre barils standards de 50 litres (13.2 gallons us),

ce qui est de 2 à 3 fois supérieur aux réservoirs aperçus dans d’autres microbrasseries. Ce

surdimensionnement, permettra une plus grande flexibilité quant aux possibilités

d’utilisations de l’unité mobile.

Figure 3.8.2 : Réservoir

Les trous dans le réservoir sont des ports qui seront percés et qui permettront

l’installation d’une surverse, d’un élément chauffant et de ses composantes de contrôle

(interrupteur de niveau et thermocouple), d’une valve de drainage, de la succion de la

pompe et du retour des conduites au réservoir.

3.8.3 Tubulures principales (« Bloc manifold »)

Une fois la structure et le réservoir dessinés, le système de conduite (figure

3.8.3) a put être dessiné à partir du dimensionnement des tuyaux choisi au point 3.3.3

et du schéma des conduites montré à la figure 3.7.1.

30

Figure 3.8.3 : Tubulures principales (« bloc manifold »)

3.8.4 Unité complète

Finalement, lorsque les principales composantes eurent trouvé leur place,

l’emplacement de la pompe et du panneau de contrôle a put être déterminé. Les

figures 3.8.4 et 3.8.5 montre le résultat final. Un baril a été installé sur l’unité afin de

situer l’emplacement de ces récipients lors du nettoyage. Il est important de noter que

les boyaux devant se connecter aux barils n’ont pas été dessinés. Seuls quatre trous

dans les tubulures permettent de visualiser leur source. Le boyau de surverse et les fils

électriques ont aussi été omis sur le dessin.

31

Figure 3.8.4 : Unité complète, devant

32

Figure 3.8.5 : Unité complète, derrière

3.8.5 Matériel

La structure sera assemblée à l’aide de tubes carrés de 1.5 po X 0.120 po et de fers à

angle de 1.250 po X 0.1875 po en acier inoxydable 304. Même si les études de contraintes

effectuées mettaient en contexte du tube carré de 1.250 po X 0.120 po, le tube carré à utiliser

a été redimensionné à la hausse vu l’indisponibilité du tube carré de 1.250 po. L’acier

inoxydable de type 304 offre une bonne soudabilité puisqu’il est bas en carbone, soit environ

0.08%. La série 300 est dite austénitique. Ainsi, elle offre une haute résistance à la corrosion

et une bonne ductilité.

33

Pour la fabrication du réservoir, une tôle en acier inoxydable 316L de 0,125 po (11gage)

sera utilisée. L’ajout de molybdène à cet alliage permet une soudabilité encore supérieure à

l’acier 304, une caractéristique importante pour la fabrication d’un réservoir. De plus, cet

ajout d’alliage offre une meilleure résistance à un environnement alcalin et chaud (plus de 60

degrés Celsius). Le taux de carbone très bas de 0,03% présent dans le 316L amène une

diminution de la « sensibilisation » de l’alliage (précipitation de carbures aux joints de grains

provoquant une corrosion intergranulaire et ainsi des fissurations)[9].

Finalement, l’acier inoxydable a été priorisé face aux autres matériaux possibles (cuivre,

acier doux) pour la fabrication de l’unité à cause de sa réputation de salubrité bien établie, de

sa résistance à la corrosion et à cause du fait qu’il n’altère pas le goût de la bière.

3.8.6 Techniques d’assemblage

L’unité sera entièrement assemblée par soudure au TIG avec métal d’apport. Les

soudures devront être saines et sans porosités afin d’éviter la prolifération de bactéries et de

faciliter le nettoyage. Lors de l’assemblage, le soudeur devra prendre garde à bien nettoyer

les pièces à souder et à limiter le chauffage pour éviter la formation de carbure de chrome

autour de la soudure, ce qui augmente le risque de corrosion intergranulaire et de fissuration.

Il devra aussi faire l’utilisation d’un gaz inerte pour éviter l’oxydation du bain de fusion et

utiliser un métal d’apport austénitique pour avoir une soudure de qualité optimale.

Finalement, le soudeur devra éviter toutes contaminations du matériel de fabrication lors du

découpage.

3.8.7 Simulations des contraintes

Des études de contraintes simulant la force qu’exerce le poids des barils sur l’unité ont

été effectuées sur certaines parties de celle-ci à l’aide du logiciel SolidWorks. La complexité

géométrique de l’unité rendait impossible une étude unique pour l’assemblage. Les études

ont été réalisées aux endroits les plus critiques de l’unité, soit les côtés de la structure, le

réservoir et la plaque de chargement. Deux charges différentes ont été appliquées sur les

côtés et sur la plaque. La plus légère simule la charge répartie de deux barils contenant

environ 5 litres de liquides, ce qui reflète le poids réel appliqué lors d’un cycle de nettoyage

standard. La deuxième charge simule le poids de deux barils complètement plein (50 litres de

34

liquides), une situation improbable mais qui peut quand même survenir. La dernière étude

simule la force exercée par le liquide dans le réservoir de l’unité une fois remplis à rebord.

Dans toutes les études effectuées, les déformations maximales engendrées étaient

convenables et ne s’approchaient jamais de la limite élastique du matériel. Le tableau suivant

résume les résultats des études réalisées. Des figures représentant chacune des études

effectuées sont regroupées à l’ANNEXE 10.6

Tableau 3.8.1 : Tableau des résultats des études de contraintes

3.8.8 Risques de renversement

Afin d’évaluer les risques de renversements de l’unité, la force latérale nécessaire pour

provoquer un renversement à été calculé d’après la figure 3.8.6. Les calculs ont été effectués

en simulant les pires conditions. Les barils sur l’unité ont été considérés pleins tandis que le

poids de l’unité qui est passablement élevé, environ 100kg sans les fluides du réservoir, a été

négligé. Ce poids, s’il était pris en compte, diminuerait grandement la force latérale calculée.

Figure 3.8.6 : Schéma latéral de l’unité servant

aux calculs de risques de renversement

35

Malgré les pires conditions, une force latérale de 304N serait nécessaire pour provoquer

un renversement de l’unité, ce qui est assez élevé.

36

4. Approximation des coûts

Une approximation des coûts de matériels et équipements a pu être établi après quelques

appels chez des fournisseurs. Les coûts de main-d’œuvre n’ont pas été déterminés puisque le

promoteur a accès à une main-d’œuvre de qualité et abordable à son lieu de travail.

Cependant, il est possible d’estimer le temps de montage à environ 24 heures pour un ouvrier

qualifié et seul sans l’installation des composantes électriques. Pour l’installation de ces

dernières, les services d’un électricien seront nécessaires.

Tableau 4.1 : Approximation des coûts de matériels

37

5. Arrimage formation pratique/universitaire

Ce projet a permis de faire appel à plusieurs connaissances acquises au cours du

baccalauréat en ingénierie de l’aluminium, en particulier les notions de choix et

caractérisation des matériaux et de conception assistée par ordinateur. Les connaissances

acquises en chimie de l’ingénieur, procédés d’assemblages et contrôle des procédés et

instrumentation ont grandement facilité la compréhension des réactions amenées par les

agents chimiques à utiliser, le choix des matériaux a effectuer et l’établissement du

GRAFCET des différents cycles de nettoyage. Finalement, de bonnes connaissances en

métallurgie ont été nécessaires pour démêler les différents types d’acier inoxydables à

utiliser et les risques de corrosions entre les différents matériaux des équipements et agents

chimiques.

38

6. Échéancier

Aucune modification à l’échéancier n’a été nécessaire en cours de projet. Une certaine

avance avait même été prise en milieu de projet par l’écriture du GRAFCET en vu de

l’automatisation qui ne devait s’effectuer qu’à la toute fin. Cependant, vu les nombreux tests

qu’il y aura à effectuer lors de la mise en route de l’unité, le mode d’emploi de l’unité n’a

pas été rédigé.

Voici les tâches de conception de l’ANNEXE 10.1 (diagramme de Gantt du projet) :

-T0 rencontre téléphonique avec le promoteur et dépôt du plan de travail;

Discussion des résultats appréhendés du promoteur dans la réalisation

du projet

-T1 évaluations préliminaires;

Évaluation des besoins du promoteur et de l’envergure du projet

-T2 rencontre avec le promoteur, visite d’installations brassicoles et du local de

L’Espace public;

Rencontre dans les locaux de la future microbrasserie à Montréal et

visites d’une microbrasserie de Drummonville

-T3 recherche des cycles de nettoyage et composantes appropriées;

Choix des cycles de lavage et des agents chimiques selon le coût des

composantes et les besoins du promoteur

-T4 rédaction et dépôt du rapport d’étape 1;

-T5 conception du bâti;

Élaboration de l’unité sur SolidWorks et simulations de la mécanique

des fluides

39

-T6 rencontre téléphonique avec le promoteur;

Mise à jour des résultats et des coûts envisagés avec le promoteur

-T7 ajustement et modification des plans;

Après discussion avec le promoteur

-T8 rédaction et dépôt du rapport d’étape 2;

-T9 programmation des cycles de nettoyage;

Choix des composantes de contrôle (valves manuelles ou automates

programmables) et programmation s’il y a lieu

-T10 rédaction du manuel de séquence;

Description des cycles de nettoyage et du mode d’emploi

-T11 rédaction du rapport final;

-T12 préparation de la présentation devant jury;

-T13 présentation du projet devant jury;

-T14 correction, ajouts et mise en page de la version définitive du rapport final.

40

7. Analyse et discussion

L'analyse des différentes solutions a permis de faire des choix de composantes et de

matériaux qui répondent aux contraintes établies par le promoteur. L’utilisation d’un seul

réservoir chauffé permettra à long terme d’économiser sur l’achat de produits chimiques et

d’une pompe supplémentaire. Le coût sera aussi moins élevé lorsque le promoteur voudra

automatiser l’unité. Un travail important devra être effectué afin d’obtenir le prix de

fabrication le plus bas possible lors de l’achat des composantes et de l’assemblage de l’unité.

Finalement, malgré tout le travail cumulé, plusieurs tests devront avoir lieu après la

fabrication de l’unité afin d’optimiser les cycles de nettoyages. Ce point est probablement la

plus grande lacune de ce projet. Malgré les recherches effectuées, il a été impossible de

prédire avec exactitude les opérations à suivre lors d’un cycle de nettoyage pour une propreté

optimale des barils et réservoirs. Le comportement des fluides de nettoyages à l’intérieur

d’un baril est impossible à déterminer sans des tests réels. Certaines composantes de l’unité

durent ainsi être choisies approximativement.

41

8. Conclusion et recommandations

Malgré le manque de connaissances dans le domaine du nettoyage d’équipements

alimentaires, une unité ayant toutes les chances d’effectuer un travail convenable à été

conceptualisée. La seule demande du promoteur qui n’a pas été suivie est la présence, sur

l’unité, d’un système de valves permettant le remplissage des barils à partir des cuves de

garde. Ce système a été jugé incompatible avec les opérations de nettoyage de l’unité. Le

remplissage des barils sera plus facile si le système de valves de remplissage est séparé de

l’unité combiné. De plus, ce système de valve est petit et facile à transporter manuellement,

il n’est donc pas obligatoire qu’il soit annexé à l’unité.

Après la fabrication de l’unité, les pressions et débits du CO2 et du gaz comprimé

devront être réévalué en fonction du débit optimale de la pompe. Le débit de la pompe,

régulé par la valve de restriction à la sortie de cette dernière et combiné à un apport de CO2

ou de gaz comprimé, devra permettre la rétention d’une quantité de liquide minimale à

l’intérieur des barils à nettoyer. Un baril munit d’une fenêtre en plexiglas pourra être

fabriqué afin de vérifier cette état et l’allure du jet à l’intérieur du baril. Aussi, puisque lors

du nettoyage des réservoirs le caustique ne pourra pas être chauffé, le temps de recirculation

de l’agent nettoyant devra être bien évalué lors des essais.

Finalement, l’unité sera petite et facilement transportable, ce qui était primordiale dès

le départ. La disposition des différentes composantes rendra facile toutes modifications à

effectuées, qu’elles soient mineurs ou majeurs.

42

9. Bibliographie

1. Hudon, François (1986). Lexique de la brasserie. Gouvernement du Québec,

99 p.

2. McCabe, John et al. (1977). The practical brewer, Third Edition .Master

Brewers Association of the Americas

3. Millet, Pierre. (2011-10-01). Liquides alimentaires - Opérations

fondamentales de l'atelier de conditionnement, site consulté en octobre 2011

http://www.techniques-ingenieur.fr/

4. M.White, Frank. (2008). Fluid mechanics. McGraw Hill, 864 p.

5. http://laws-lois.justice.gc.ca/fra/lois/F-27/index.html, site consulté en

septembre 2011

6. « Fiche technique : EXTREM », site consulté en septembre 2011,

www.sanimarc.com

7. « ASME Bioprocessing Equipment Standard », American Society of

Mechanical Engineers, 2005, 128p

8. http://www.mapaq.gouv.qc.ca/fr/, site consulté en septembre 2011

9. « ASM Metals Handbook, 9th ed., vol. 13, Corrosion; Corrosion in the

Brewery Industry » ,American Society for Metals, Metals Park, Ohio, 1987

43

10. Annexe

10.1 Diagramme de Gantt

Tableau 10.1.1: Diagramme de Gantt

44

10.2 Fiches descriptives des agents chimiques Sanimarc

Figure 10.3.1: Produit Sanimarc, ENVIRO-ACID

45

Figure 10.2.2 : Produit Sanimarc, EXTREM

46

Figure 10.2.3: Produit Sanimarc , OXYGERM page1

47

Figure 10.2.4 : Produit Sanimarc , OXYGERM page2

48

10.3 Intérieur d’un baril

10.4 Vue éclatée d’une pompe centrifuge

Figure 10.3.1 : Intérieur d’un baril de 50 litres

Figure 10.4.1 : Vue éclatée d’une pompe centrifuge

49

Tableau 10.4.1 : Pertes de charges dans les tuyaux

Figure 10.4.2 : Fiche technique de la pompe de l’unité

50

10.5 Contrôle de la température

Figure 10.5.1 : Élément chauffant sélectionné pour l’unité

Figure 10.5.2 : Thermocouple sélectionné pour l’unité

Figure 10.5.3 : Contrôleur de température sélectionné pour l’unité

51

10.6 Études de contraintes

Figure 10.6.1 : Contraintes de Von Mises sur le côté de l’unité résultant d’une

charge répartie de 650N (Barils pleins)

52

Figure 10.6.2 : Déformations sur le côté de l’unité résultant d’une charge

répartie de 650N (Barils pleins)

Figure 10.6.3 : Contraintes de Von Mises sur le côté de l’unité résultant

d’une charge répartie de 400N (Barils contenant 5 litres de liquides)

53

Figure 10.6.4 : Déformations sur le côté de l’unité résultant d’une

charge répartie de 400N (Barils contenant 5 litres de liquides)

Figure 10.6.5 : Contraintes de Von Mises sur la plaque de chargement

résultant d’une charge répartie de 1300N (Barils pleins)

54

Figure 10.6.6 : Déformations sur la plaque de chargement résultant

d’une charge répartie de 1300N (Barils pleins)

Figure 10.6.7 : Contraintes de Von Mises sur la plaque de chargement

résultant d’une charge répartie de 650N (Barils contenant 5 litres de

liquides)

Figure 10.6.8 : Déformations sur la plaque de chargement résultant

d’une charge répartie de 650N (Barils contenant 5 litres de liquides)

55

Figure 10.6.9 : Contraintes de Von Mises sur le réservoir résultant d’une pression

de 5000 pa

Figure 10.6.10 : Déformations sur le réservoir résultant d’une pression de 5000 pa