Débitmétrie 2

 

 

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

 

 

 

Formation Débitmétrie 2 

 

Bonjour, nous allons continuer avec la partie Débitmétrie, qui est plus longue que ce que je pensais. La partie Débitmétrie, nous avons déjà vu les organes déprimogènes, donc ça ce sera le cours 11 en fait puisque la Débitmétrie c’était la dixième étape de notre présentation.

On va avoir ici la débitmétrie non ISO 5167. C’est à dire tout ce qui n’est pas normalisé mais qui peut constituer un très bon type de débitmètre, il y a des débitmètres qui sont d’exellents matériels, le fait qu’ils ne soient pas normalisés fait qu’on ne peut pas, on ne peut pas les vérifier sur site, en temps réel, à tout moment, il faut les démonter, les mettre sur un banc d’essai, éventuellemnt dans un autre pays chez le fabricant, quelquefois en France, et vérifier que ma foi ils ont encore leurs caractéristiques nominales ou alors indiquer un upset et éventuellement corriger cet upset.

Donc parmi les débitmètres, on a vu déjà le diaphragme, je le représente comme ça, le diaphragme a un orifice. Il lui faut assez peu de longueurs droites en général, trois ou quatres D en amont, deux D en aval, c’est suffisant.

Donc ça c’est un critère qu’il faut prendre en compte un peu maintenant, c’est les longueurs droites qu’il faut pour que la mesure soit possible. Le diaphragme est supposé être un matériel qui demande assez peu, entre trois et cinq diamètres en amont. C’est spécifié dans la norme, ça dépend réellement de tous les paramètres, donc vous avez une manière pour chaque diamètre et chaque vitesse dans un diamètre donné, ils vous indiquent quel est le nombre de longueurs droites qu’il faut, en général si vous mettez 10 diamètres en amont, c’est plus que bon avec un diaphragme. Mais on peut quelquefois souhaiter un peu plus, je dirai ça dépend quelques fois des obstacles qui sont juste en amont.

Pour mesurer en sortie d’un diaphragme, sur un Tube de Pitot, moi je conseillerais d’avoir au moins 10 diamètres. C’est mon avis, mon expérience personnelle. Ça c’est le tube de Pitot, avec ses deux chambres, le Tube de Pitot, il ne s’agit pas de le mettre juste à la sortie d’un coude ou d’un diaphragme, alors c’est un Pitot moyenné, ce qui fait qu’il est relativement peu sensible aux longueurs droites amont, mais ça n’est qu’un seul diamètre, ça veut dire que dans certains cas, si vous mesurez derrière un coude, il est important de savoir dans quel sens vous mettez votre Tube de Pitot.

Est-ce que vous mettez dans le plan du coude ? Supposez qu’il y a un coude qui vienne comme ça, par exemple ici, on arrive comme ça, et bien le Tube de Pitot, si vous le mettez dans ce plan-là dans le plan du coude ça se passe assez bien, même si on manque de longueurs droites. Si vous le mettez dans le plan perpendiculaire au plan du coude et que vous êtes trop près du coude, vous pouvez avoir une erreur de 10 ou 15%.

C’est arrivé une erreur de 10% sur la facturation d’un exploitant externe, qui perdait donc de l’argent, qui faisait vérifier son Tube de Pitot tous les six mois, et puis on le vérifiait, enfin plus les gens qui l’avaient vendu le vérifiaient, plus ils mesuraient exactement pareil parce qu’en fait l’erreur était liée ici à une déformation de l’écoulement qui était plus rapide d’un côté que de l’autre, si on met le Tube de Pitot dans le plan du coude ça se passe à peu près bien , il y a un débit un peu plus faible d’un côté, c’était peut-être un truc comme ça, je ne sais pas quelle allure ça pouvait avoir, par contre eux l’avaient mis dans un plan perpendiculaire alors là ils mesuraient à un endroit un débit qui était franchement plus bas que la réalité.

Donc il faut comprendre ces histoires de profil, et je vais vous dire que pour avoir de bonnes mesures, le mieux c’est d’appliquer ce qu’on verra ensuite, qui s’applique pour stabiliser vraiment l’écoulement avec un débitmètre à ultrasons. Donc derrière un coude, on va préconiser ici au moins 10 diamètres, 10 diamètres derrière un coude.

Et derrière deux coudes en série, ça s’appellerait une sorte d’épingle à cheveux, derrière deux coudes en série coplanaires il faut 30 diamètres.

Ce sont des choses comme ça qu’on pourra discuter si on se rencontre, en examinant le détail de ces questions de longueurs droites. Mais en fait il faut des longueurs droites abondantes. De l’autre côté, il en faut 10 aussi, c’est ce qu’on demande en général pour un Tube de Pitot ou un débitmètre à ultrasons.

Alors le Tube de Pitot fait peu de perte de pression, on a trouvé que c’était pas mal.

Le Tube de Venturi, on l’a trouvé bien sypathique parce qu’il présente une entrée, puis un convergent, puis un col, un divergent, et puis de nouveau une sortie, voilà à quoi ressemble le débitmètre Tube de Venturi, on a dit que c’était un assez bon débitmètre, nous c’est ce qu’on a choisi de fabriquer pour l’air comprimé, ça peut éventuellement s’utiliser un peu sur l’eau mais franchement, l’eau est très bien mesurée par les débitmètres à ultrasons, pour nous c’est surtout sur l’air comprimé ou l’azote, qu’on pourrait mettre ce type de matériel.

Le Tube de Venturi, donc là aussi les longueurs droites c’est pareil, 10 diamètres en amont, 10 diamètres en aval. Et si on peut, un peu plus, plus on a de diamètres, plus l’écoulement sera stabilisé. Tout se passe parce que dans le coude, la vitesse est maximale dans l’intrados, et faible à la sortie. Donc à a sortie du coude, on a un profil qui est très bizarre, qui ressemble à ça. Et il faut un certain nombre de diamètres, une dizaine ou une trentaine de diamètres pour que l’écoulement devienne de nouveau symétrique.

Alors les gens ont utilisé ensuite des matériels diversifiés dont on va dire un mot.

Ici vous avez un débitmètre à turbine.

 

 

Donc le débitmètre à turbine, je vais le rapprocher un peu, en fait on ne voit pas grand chose, c’est un matériel qui – je ne sais pas si on voit quelque chose, sans doute pas grand-chose...

Vous avez ici une protection, puis ma foi, il y a une turbine qui tourne à l’intérieur, quand elle tourne, les pales sont détectées par un système qui génère une émission d’impulsions.

Donc ce type de matériel - c’est une très bonne méthode de mesure du débit - présente l’inconvénient d’une certaine fragilité. La fragilité est évidente, ça mesure à partir d’à peu près un mètre par seconde, un peu en dessous d’un mètre par seconde, et ça peut mesurer quelquefois, si ça commence à mesurer un mètre par seconde, ça va mesurer jusqu’à 10 ou 15 mètres par seconde, mais ça va certainement être détruit quand vous passez à 40 mètres par seconde.

A 40 mètres par seconde, vous allez utiliser ce genre de truc, qui est un vortex.

 

 

Donc un vortex, si vous regardez l’intérieur du vortex, je ne sais pas si vous voyez quelque chose, vous avez des barres, il y a un système qui crée une perturbation et puis un peu derrière vous avez un autre qui détecte la fréquence d’apparition des tourbillons, donc on va présenter nos deux débitmètres, le débitmètre à turbine on le représente avec le détecteur qui détecte le passages des pales, donc une dizaine ou une douzaine de pales, qui passent l’une après l’autre, ça tourne dans ce sens-là. Donc attention à la fragilité.

Le vortex, ça consiste à insérer un perturbateur qui est complètement un barreau de métal, et soit à l’intérieur du perturbateur, ou alors un peu derrière, selon les fabricants, on va mettre un détecteur. Donc là c’est un détecteur de tourbillons, c’est un piézo qui est à l’intérieur, qui va être capable de détecter quand des tourbillons se forment à la sortie du vortex.

Et un physicien a montré qu’il y avait une relation, je crois que c’est Von Karman, il y a une relation entre la fréquence d’apparition des tourbillons, alors là c’est en fait une sortie fréquence qu’on va avoir, fréquence, et là ce sont des tourbillons, qui dépendent de la vitesse du fluide et de sa masse volumique, du nombre de Reynolds en fait.

 

Theodore von Karman

by NACA (Great Images in NASA Description) [Public domain], via Wikimedia Commons

 

Le défaut de ces matériels sur l’air comprimé, il y en a deux. Le premier point, c’est qu’il faut au moins 4 mètres par secondes. Ça commence entre 3 et 4 mètres par seconde à mesurer, en dessous, ça marque zéro.

Le deuxième défaut c’est que souvent il faut des vitesses assez élevées, pour pouvoir mesurer un petit débit, si vous avez un débit très variable, quelquefois vous mesurez une fuite, vous êtes amenés à réduire la section de votre vortex, en mettant un vortex petit, voyez, ça c’est mon vortex, avec un convergent en amont, et puis ensuite vous regrossissez votre truc, voyez.

Quand on fait ce montage là qu’on rencontre souvent, on constate ici : absence totale de longueurs droites. Donc là il faut mettre des longueurs droites dans le petit diamètre, et ensuite, le simple fait de réduire la section et de faire passer avec de grandes vitesses, peut-être 30 mètres par seconde au débit maxi, va générer des pertes de pressions importantes. 

Donc le vortex n’est pas un merveilleux débitmètre. Il est peut-être préférable sur la vapeur dans certaines applications où le débit est fort, sur l’air comprimé, c’est moyen, sur l’eau c’est tout à fait à éviter.

D’autres débitmètres existent, pour l’air comprimé, je vais vous les présenter, ça c’est un de nos vieux débitmètres Eldridge, Eldridge Products, Incorporated.

 

 

C’est un matériel américain. Alors ce matériel, si vous regardez son extrémité, présente deux petites sondes qui sont des sondes de températures. L’une est chauffée. L’autre sert à mesurer la température du fluide, du gaz. On maintient grâce à cette électronique, un écart d’une dizaine de degrés Celsius constant entre les deux sondes.

 

 

Donc le massique thermique, que je vais représenter ici est caractérisé par le fait qu’il y a ici deux petites sondes, une qui mesure la température de l’air comprimé, et l’autre qui est à +8° Celsius par exemple. Et on mesure la quantité de courant i qu’il faut injecter dans le fil chaud pour maintenir cet écart de température constant malgré le refroidissement par l’air comprimé qui s’écoule autour. Donc plus ça s’écoule vite et plus l’air comprimé est dense, plus vous refroidissez votre fil chaud. Et on peut montrer une relation entre le refroidissement, mesuré par l’intensité de courant de chauffage d’une part, et le débit massique de l’autre.

Donc alors que tous les débitmètres qu’on a vus jusqu’à présent devaient avoir une petite correction de pression et de température, pression et température aussi pour la turbine, pression et température, ici pression et température en plus de la ΔP, pression et température pour un diaphragme, tous ces débitmètres - il fallait un ΔP pour le Tube de Venturi - tous ces matériels sont des mesures volumétriques y compris le vortex.

Le débitmètre massique thermique c’est un débitmètre qui mesure directement un débit en kilogramme par seconde, et qui le convertit de son mieux en mètres cube par heure à des conditions volumétriques mais au départ c’est des kilogrammes par seconde.

Et le défaut de ces matériels, je dirai, alors ici vous avez un élément intéressant, c’est qu’on voit que, alors que ces deux débitmètres, ça c’était un débitmètre en ligne, au niveau d’exécution on constate qu’il était pris entre brides, il devait saisi entre deux brides avec des joints de part et d’autre, le matériel suivant était également pris entre brides, c’est un matériel plus économique puisqu’on n’a pas à acheter des brides, il faut par contre bien le centrer, sinon ça pose des problèmes, il ne faut pas que le joint vienne au milieu sinon la mesure est fausse, ce sont des appareils qu’on appelle des appareils en ligne. Avec ou sans bride, ça rentre d’un côté, ça ressort de l’autre, c’est un appareil en ligne.

Le Tube de Venturi est un débitmètre en ligne.

Par contre le Tube de Pitot, c’est plutôt, c’est transversal, c’est à la limite de l’insertion.

Ce qui est caractéristique de cette série de matériels, les massiques thermiques, c’est qu’on les insère sous pression dans l’air comprimé, à travers une vanne.

Et on utilise un raccord à compression, ça s’appelle un Swagelock pour installer à une profondeur d’insertion particulière, la mesure qu’on veut mettre en service.

Les résultats avec le massique thermique sont que - alors c’est un matériel qui est relativement économique, par contre en présence d’eau liquide la mesure est complètement fausse. Complètement fausse, il y a 25% d’erreur si ce n’est pas plus dès que vous avez une panne de sécheur.

Deuxièmement le massique thermique qui est très répandu aujourd’hui, donne des mesures assez fausses, de l’ordre de 10 à 15% si ce n’est pas plus, si l’air est plus chaud ou plus froid que la température lors de la calibration.

Enfin la profondeur d’insertion, savoir si on le met au centre de la canalisation, ou à 25% du rayon, il y a deux usages, en fait il faut regarder à chaque fois à quelle profondeur on insère, et puis l’insérer réellement ce n’est pas très facile à faire, et il y a beaucoup d’erreurs de mesures dûes au fait que les gens ne l’insèrent pas au bon endroit, si on l’insère un peu trop ça va surcompter, ça va surcompter parce que vous avez une vitesse plus rapide au centre, si on avait prévu de le mettre à 25% du rayon et qu’on le met au centre, on peut très bien surcompter de 20%. Donc ces matériels sont des matériels qu’il faut plutôt éviter. Ils sont relativement économiques à l’achat, et à la station puisqu’on les installe à travers une petite vanne que je vais représenter comme ça, ici vous faites un piquage avec une vanne à passage intégral, et là le Swagelock, vous venez accoupler le système après avoir ouvert la vanne.

Donc ce sytème-là est économique au niveau installation, relativement économique à l’achat, par contre il est impossible à maintenir, il faut envoyer le débitmètre se faire réétalonner, très souvent en Hollande ou en Allemagne, là où on l’a fabriqué, même en France, je crois que KIMO fabrique des produits comme ça mais le réétalonnage n’est pas forcément quelque chose de gratuit, ça vous interrompt votre mesure et ça pose quelques problèmes.

Voilà, je vous ai présenté les principaux types de débitmètres utilisés, et je vous laisse jusqu’à une prochaine leçon qui nous permettra de conclure sur la débitmétrie.