http://airprofil.com/com2012/index.php/bg/

 

 

Formation Débitmétrie 1

 

Bonjour, je suis François BOUTEILLE, de la société Etudes Air Comprimé. Je vais vous présenter dans ce petit enregistrement la manière de faire les mesures de débit, en fait les diverses manières qu’on a de faire des mesures de débit en expliquant certaines choses qui vous permettront de bien préparer vos campagnes de mesures et de savoir s’il y a la place ou pas la place pour installer un débitmètre et ensuite quel type de débitmètre choisir.

Sachant que notre métier consiste à vous aider à faire ces campagnes de mesures, avec la plupart des moyens de mesures, nous en avons pas mal, pas mal de technologies différentes, et nous en avons sélectionné deux ou trois qui ont des résultats bien adaptés pour l’air comprimé, deux ou trois autres pour la vapeur, et deux ou trois pour l’eau.

Donc je vais vous présenter ce qui se fait et les critères de sélection des débitmètres, leur manière de fonctionner – un peu rapidement – enfin la précision qu’on peut en attendre, et les règles d’installation de ces débitmètres, qui sont des choses qui sont très utiles si vous souhaitez nous passer commande pour une campagne de mesure par exemple.

Vous pouvez éventuellement participer avec nous à la mise en place d’un plan de comptage en prestation.

Donc cette étape, cet enregistrement, ce cours, je ne sais pas comment il faut appeler ça, ce sera le dixième de la petite série que j’ai réalisé pour vous aujourd’hui, alors on est le 31 août 2014, j’aime bien dater les documents même si je ne veux pas forcément mettre la date sur chacun des cours que je mets à votre disposition.

Aujourd’hui j’a fait dix MOOC, enfin j’ai fait neuf MOOC, et ce sera le dernier.

MOOC, ça veut dire Massive Open Online Course. Celui-ci portera sur la Débitmétrie, DEBITMETRIE, des fluides que nous mesurons. Donc l’air comprimé, la vapeur, l’eau glacée. L’eau de refroidissement.

Le principe de la débitmétrie, pendant longtemps sur l’air comprimé, je vais dans un premier temps m’intéresser à l’air comprimé parce que les trois fluides ont des caractéristiques assez différentes, et puis certains débitmètres sont applicables sur plusieurs.

Pour l’air comprimé, on a longtemps mesuré, avec des diaphragmes. Les diaphragmes, c’est un orifice calibré, qu’on met dans la canalisation, en fait c’est une bride en général qu’on a usinée. Donc je ne précise pas la manière dont on fait l’assemblage Le diaphragme présente un petit chanfrein à 30° dans le sens de sortie.

Si on regarde ici d’une manière très détaillée vous avez une partie cylindrique, suivie d’un chanfrein à 30°, c’est quand on veut faire les choses très bien. En fait, ce chanfrein à 30° si vous ne le faites pas, ça ne changera pas grand-chose, il y a des cas où on ne le fait pas, c’est quand on ne sait pas dans que sens circule le fluide et si ça peut s’inverser.

Le diaphragme existe en trois techniques. Vous avez la prise de pression dans les angles.

En amont, et alors là on mesure une pression différentielle que je vais appeler ΔP.

Vous avez d’autre part une norme qui prévoit de mesurer la pression deux diamètres en amont, et un diamètre en aval. Donc attention, cette norme-là qui est très répandue, n’est pas, cette modalité de la norme n’est pas symétrique. Donc il faut faire dans ce cas-là des petites prises de pression.

Et je vais représenter en bas la norme américaine qui est symétrique, et qui est également possible avec comme critère de mettre un diamètre en amont, un diamètre en aval.

 

Alors pourquoi c’est important ? Que fait l’air quand il arrive dans cet orifice ?

Il est forcé de changer de ligne, et ça se passe plus ou moins bien. Les lignes de flux vont se concentrer pour passer dans un orifice qui est beaucoup plus petit avec une vitesse plus forte et ça va occasionner à la sortie plein de tourbillons.

C’est comme ça que ça fonctionne et donc on a une pression plus faible à la sortie qu’à l’entrée, en partie parce que vous avez ici une vitesse plus importante, on a donc mis en vitesse, il y a ici une vitesse V en amont, là vous avez localement une vitesse qui est beaucoup plus grande, et la mise en vitesse ne peut se faire qu’en convertissant une partie de l’énergie potentielle de pression qui est présente en amont, en énergie cinétique. Et donc logiquement en aval de l’orifice calibré vous avez une pression plus petite.

Un peu plus loin, plus vous vous éloignez vers l’aval, plus vous récupérez de la pression.

Mais vous ne récupérez pas tout. Si vous avez une mesure de 500 millibars sur votre ΔP, vous avez une perte de pression usuelle d’à peu près 400 millibars. C’est donc un type de débitmètre qui historiquement est installé partout, mais qui potentiellement pose un problème pour l’air comprimé, c’est qu’il occasionne une perte de pression, et ça nous impose d’augmenter la pression de refoulement des compresseurs. C’est pour ça qu’on dit, pour l’air comprimé, ainsi que pour l’eau, c’est une pompe qui assure la circulation, le fait de perdre de la pression est problématique et augmente les consommations d’énergie.

Donc je ne peux pas vous présenter de diaphragme, je n’en ai pas ici, mais nous, nous ne les utilisons pas, on ne va pas les installer sur une installation si on peut l’éviter.

Par contre s’ils existent déjà, on sait les mesurer, en mesurant la pression différentielle, en mesurant la pression en amont, on fait un petit « P » sur cet endroit. Et on mesure quelque part la température, la température du fluide. Sur l’air comprimé, on la mesure souvent au contact.

Sur de la vapeur, on pourrait la mesurer par insertion dans un doigt de gant par exemple, ce sont des choses qu’on fait.

Quand on a ces trois grandeurs, ΔP, Pression absolue et Température, on envoie ça dans un calculateur qui vous donne le débit en sortie exprimé en débit massique ou en normes au mètre cube par heure. Selon, c’est soit des kilogrammes par seconde, ou des normes au mètre cube par heure. Ça peut être aussi des conditions de références différentes, c’est un des soucis qu’on a avec l’air comprimé. Donc, avec tous les gaz compressibles, avec tous les fluides compressibles.

Comme ça posait des problèmes au niveau des chutes de pression, on assez rapidement inventé ce truc. Ce truc est un Tube de PITOT moyenné. 

 

 

Voyez comment c’est fait, il y a deux prises de pression, l’air comprimé ou la vapeur arrive par l’amont et on mesure ici ce qu’on appelle la Pression totale, c’est la pression d’arrêt puisque l’énergie cinétique du fluide est entièrement transformée en pression là où on arrive ici puisqu’il y a une vitesse nulle, ici à cet endroit-là. Là ça arrive, il n’y a pas de débit, et vous avez ici entre les deux au centre, vous avez une soudure et c’est complètement isolé.

Ce sont deux tubes qui sont collés l’un à l’autre et qui ont ici une jolie forme.

Alors ça c’est un produit allemand, les allemands font un très joli travail, ils nous mettent en général des vannes qui trois mois plus tard sont rouillées parce que tout n’est pas aussi parfait qu’on le souhaiterait, c’est un matériel qu’on ne peut pas réutiliser en fait aussi longtemps qu’on le voudrait

Je dirai qu’il faudrait en tout cas il y a des parties qui ont un peu rouillé, ce n’est pas forcément grave, mais si vous voulez un matériel qui ne rouille pas, précisez quand vous achetez un Tube de Pitot, que vous souhaitez avoir des vannes en inox, sinon vous avez ça.

 

 

Donc le Tube de Pitot est un organe déprimogène qu’on va installer dans la canalisation à peu près comme ça.

 

 

On va mesurer la pression différentielle ΔP sur ces deux vannes.

La Pression absolue, on la mesure en général sur la vanne amont en général, ce n’est pas très important.

Le tube de Pitot, que je vais représenter ici, est intéressant parce que .. Voyez, il va être comme ça, avec ses deux chambres de mesures, ici les deux petites vannes qu’on va représenter comme ça :

et puis la ΔP mesurée ici, je n’insiste pas plus sur la pression et la température, c’est à peu près pareil.

 

Le Tube de Pitot fait des pertes de pressions beaucoup plus faibles. Une particularité du Tube de Pitot, c’est qu’il faut faire très attention à l’épaisseur du tuyau. La position des petits trous a une grande importance. Si vous mesurez, comme ça m’est arrivé, sur des tuyaux en PVC, en ABS, enfin en plastique, l’épaisseur était beaucoup plus importante et certains des petits trous étaient cachés dans l’épaisseur de ce tuyau qui avait peut-être 10 ou 12 mm d’épaisseur.

Dans ce cas-là, la mesure est complètement faussée.

Cette mesure est également très affectée, contrairement au diaphragme par la présence d’eau qui s’accumulerait si le ΔP était en bas, le diaphragme peut être un peu affecté aussi.

Donc c’est fait pour mesurer plutôt de l’air sec ou de l’air qu’on purge avec soin, de préférence de manière automatique.

Le Tube de Pitot est une mesure délicate parce qu’au lieu de mesurer 500 mbar ou 250 mbar en pleine échelle, on mesure quelque chose comme 15 mbar ou 10 mbar en pleine échelle, et on peut être amené, comme la perte de pression est quadratique, à mesurer un dixième de millibar. Il faut un très bon transmetteur de pression différentielle pour mesurer au Tube de Pitot, c’est une mesure délicate !

C’est la raison pour laquelle on a choisi d’inventer d’autres moyens de mesures.

Un moyen de mesure qui est intéressant à envisager, que je vais représenter ici en allant un petit peu en sens contraire, c’est ce qu’on appelle un Tube de Venturi.

Le Tube de Venturi va être comme ça, mon dessin n’est vraiment pas beau. Vous avez ici un convergent, qui est usiné, je vais essayé d’améliorer un peu tout ça, en montrant la partie à quoi ressemble l’usinage. Pareil ici. Vous avez un convergent, suivi d’un divergent. La petite différence par rapport au diaphragme, c’est qu’on a évité les perturbations, notre air comprimé arrive ici, il doit effectivement se concentrer dans un orifice trop petit, et il va aller beaucoup plus vite ici, et là il va s’élargir relativement sans trop de turbulences, simplement parce qu’on a prévu un évasement à 7°. L’angle ici est égal à 7°. Cet angle-là α est petit, c’est un angle à 7°. Ça donne un matériel qui a tous les avantages du diaphragme avec une perte de pression qui n’est plus de 400 mbar si on mesure 500 mbar.

Alors où est-ce qu’on mesure la perte de pression, on la mesure entre l’entrée et le col, on fait un petit trou ici, on mesure ici la ΔP. Le Tube de Venturi pourrait être un bon compromis.

Le Tube de Venturi, je vais vous en présenter un, c’est un Tube de Venturi en DN50, en 2 pouces. Voilà, vous voyez peut-être le convergent à l’intérieur :

 

 

Nous l’avons fait symétrique, ça évite les erreurs et ça permet de mesurer sur des écoulements qui changeraient de sens, avec la même précision dans les deux sens et sans pertes de pression.

Là vous avez un petit modèle en DN15, un modèle en DN25. Ces matériels, nous les faisons usiner dans le Poitou, à la limite du Poitou et du Berry, par un voisin. Nous avons ainsi des prix qui sont plutôt inférieurs à ce qu’on aurait en Chine. De toute manière on ne propose pas de les vendre, c’est de la location mais ça pourrait servir pour un plan de comptage en prestation. On l’utilise quelquefois pour des campagnes de mesures.

Donc là j’ai terminé dans cette première partie de la Débitmétrie de présenter les trois principaux organes déprimogènes normalisés selon ISO, la Norme ISO 5167.

Donc ça, ça sera le ISO 5167-1. Ça je pense que c’est le ISO 5167-3 et ça c’est le ISO 5167-4, le Tube de Venturi. Le numéro 2 est une tuyère qu’on utilise sur la vapeur, que je n’ai jamais utilisée, un truc qui ressemblerait éventuellement à peu près à ça, et qui présente à mon avis un avantage pas évident, je n’ai pas de critère pour dire dans quel cas la tuyère serait un truc tellement épatant. La tuyère fait beaucoup de pertes de pression, elle est certainement très résistante, c’est probablement pour ça qu’on l’utilise plutôt que le diaphragme, parce que sur la vapeur, on risque d’avoir un diaphragme qui s’emboutisse, qui prenne une forme de chapeau chinois quand vous avez un paquet d’eau qui passe, à cause du primage.

Donc le primage qui pose des problèmes sur la vapeur dans l’industrie agroalimentaire parce que vous avez tout à coup de l’eau de chaudière qui va dans votre produit, pose aussi des problèmes pour la débitmétrie où ça bousille la plupart des débitmètres, sauf peut-être la tuyère et le Tube de Venturi, qui acceptent d’y résister.

 

 

Nous allons interrompre ici cette première partie avant d’aborder la présentation de quelques autres moyens de mesures très utilisés sur les gaz et ensuite sur les liquides.