5 Techniques de Mesure de Débit
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RAPPEL DE PHYSIQUE (Régies d!éc"u#eent$
Ecoulement Laminaire Les particules du fluide suivent un trajet parallèle à la paroi de la conduite. La répartition des vitesse sses est parabolique. La vitesse sse moyenne correspond à environ 50% de la vitesse maxi.
Ecoulement Turbulent Les particules de fluide ont un mouvement transversal et longitudinal plus ou moins désordonné (mouvement tourbillonnaire). tourbillonnaire). La vitesse moyenne correspond à environ 80% de la vitesse maxi.
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RAPPEL DE PHYSIQUE (Régies d!éc"u#eent$
Ecoulement Laminaire Les particules du fluide suivent un trajet parallèle à la paroi de la conduite. La répartition des vitesse sses est parabolique. La vitesse sse moyenne correspond à environ 50% de la vitesse maxi.
Ecoulement Turbulent Les particules de fluide ont un mouvement transversal et longitudinal plus ou moins désordonné (mouvement tourbillonnaire). tourbillonnaire). La vitesse moyenne correspond à environ 80% de la vitesse maxi.
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RAPPEL DE PHYSIQUE (%"bre de Re&n"#ds$
Nombre de Reynolds Red: Le nombre de Reynolds est un nombre adimensionné (sans dimension) qui caractérise le régime d’éc d’écou oule lem ment ent d’un d’un flui fluide de monop onopha hasi siqu quee ; il peut être interprété comme étant le rapport entre les forrce fo cess d’ d’in iner erti ties es (résistance opposée au Mvt par un corps, grâce à sa masse ) et les forces de friction (force rce de
uess frottement) due
à la viscosité auxqu queelles est soumis le fluide. ReD : nombre de Reynolds. v : vites vitesse se moyenn moyennee dans dans la canal canalisa isation tion.. (m/s) (m/s) D : diamètre diamètre intérieur de la canalisation (m) υ : viscosité cinématique (m2 /s)
Red = v. D υ Écoulement laminaire 0
Écoulement turbulent
Zone de transition
2000
(indéterminée)
4000
v
v
parois rugueuses
parois lisses
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RAPPEL DE PHYSIQUE (Thé"r'e de ern"u##i$
Equation de BERNOUILLI
(Cas des fluide parfait, incompressible et isotherme)
D’après la loi de la conservation de l’énergie, l’énergie au point A est égale à l’énergie au point B.
Energie en A : P1 + 1 ρ V1² + ρ g h1 2
Energie en B : P2 + 1 ρ V2² + ρ g h2
Comme Energie en A = Energie en B = Cte
2 P1 + 1 ρV1² + ρgh1 = P2 + 1 ρV2² + ρgh2 = Cte 2 2 On peut l’exprimé sous la forme :
P1 – P2 = 1 ρ (V2² - V1²) + ρ g (h2 – h1) = Cte 2
1 ρ (V2² - V1²): variation de la pression dynamique (Pd ) 2 ρ g (h2 – h1) : variation de P due au changement d’altitude Si la conduite est horizontale , h1 = h2 P1 + 1 ρ V1² = P2 + 1 ρ donc
2 PS1
V2²
= Cte
2 Pd1
PS2
Pd2
Autrement dit en chaque point de la conduite on aura
PT = PS + Pd = Cte
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RAPPEL DE PHYSIQUE (Thé"r'e de ern"u##i$
Relation entre Qv et P En prenant le cas particulier d’une conduite horizontale, d’après la loi de la conservation de l’énergie (loi de Bernouilli) on écrit :
Si
P1 + 1 ρ V1² + ρgh1 = P2 + 1 ρ V2² + ρgh2 2 2 h1 = h2 et ρ Constant
On a Comme
P1 + 1 ρ V1² = P2 + 1 ρ V2² 2 2 Qv = S1 V1 = S2 V2
Et
V1 = V2 S2 (1) S1 ∆P = P1 – P2 = 1 ρ (V2² - V1²) 2 En remplaçant V1 par l’expression (1) On obtient ∆P = 1 ρ ( V2² - V2² S2² ) 2 S 1² ∆P = ρ V2² (1 - S2² ) 2 S1² En posant A = ρ (1- S2²) = Cte ; ∆P = A V2² 2 S 1² ∆P en posant Comme Qv = S2. V2 = S2 A
soit
V2 =
∆P A
K = S2 √ A
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)rg*ne dé+ri"g'ne (Di*+hr*ge "u "ri,ice c*#ibré$
Le diaphragme est une plaque métallique rigide, de faible épaisseur ( ≈ 3 à 6 mm) percée en son centre d’un orifice calibré. Cette plaque s’introduit dans la canalisation perpendiculairement au sens d’écoulement du fluide. Ceci, permet de créer une perte de charge dans la canalisation. En se basant sur l’équation de BERNOUILLI (Q =K ∆P ), on peut déduire avec précision le débit volumique instantané qui passe dans la conduite, en mesurant la différence de pression statique de part et d’autre du diaphragme
Qv
Porte Orifice
Le chanfrein diminue les pertes de charge et les turbulences.
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)rg*ne dé+ri"g'ne (Di*+hr*ge$
Le liquide dont le débit est constant, voit obligatoirement sa vitesse croitre au passage de l’orifice. Dans le même temps on observe une variation opposée de la pression, c'est-à-dire une chute de la
pression statique au niveau de l’orifice
Dans la veine contractée, la vitesse augmente, donc la pression dynamique Pd augmente, ce qui fait chuter la pression statique Ps, car la pression totale Pt est constante
Pression Perte de charge ( ω)
h=
Pd
Ps
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)rg*ne dé+ri"g'ne (E-"#uti"n des +ressi"ns en +résence d!un di*+hr*ge$ L’équation de Bernoulli exprime qu’entre le point A et le point B, l’énergie volumique total se conserve (perte par frottement négligeable) et que la pression totale est constante (Pt = Ps + Pd= Cte) . En introduisant un diaphragme dans la conduite observe ce qui suit :
on
A
Juste en amont du diaphragme, la Pression dynamique (Pd) diminue (la plaque orifice faisant obstacle) , ce qui engendre une augmentation de la Pression statique (Ps), Dans l’orifice et au passage de la veine contractée (Vc), la vitesse augmente, ce qui engendre une augmentation de la Pression dynamique (Pd = ½ ρ v² ) et fait par conséquent chuter la Pression statique Ps En aval du diaphragme, il y a récupération progressive de la Pression statique et diminution de la Pression dynamique en raison du changement de section (d à D) Ceci étant, l’introduction d’un organe déprimogène, dans le circuit, engendre toujours une perte de charge résiduelle (ω) qui est irrécupérable
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Vc
B
)rg*ne dé+ri"g'ne (M"nt*ge du di*+hr*ge$
La plaque à orifice est montée entre deux brides.
On trouve sur la la ue à orifice les indications suivantes : - Repère du diaphragme
- Ø int. de la tuyauterie (D) - Ø de l’orifice (d) Ces indications identifiant le diaphragme, sont gravés sur une ‘’languette’’ soudée à la plaque à orifice L’identification est toujours inscrite du côté amont de la plaque à orifice (partie non chanfreinée) , qui indique également le sens d’écoulement du fluide
La plaque à orifice est interchangeable
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)rg*ne dé+ri"g'ne
(M"nt*ge du di*+hr*ge *u. +rises de +ressi"n /50/5$ Les pressions sont prises à la bride à 25,4 mm (ou 1’’) de l’orifice calibré .
L1, étant la distance entre l’axe de la prise amont du diaphragme L2, la distance de la prise de pression et la face avale du diaphragme
L1 et L2 sont chacune située à 25,4 mm du diaphragme L1 L2
"
"
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)rg*ne dé+ri"g'ne
(M"nt*ge du di*+hr*ge *u. +rises de +ressi"n D0D1/$ Les prises de pression sont réalisées à une distance de 1D en amont et à D/2 en aval du diaphragme. D étant le diamètre intérieur de la conduite
D
D/2
Remarque : Les prises D-D/2 se prêtent idéalement à un nouveau montage d’un point de mesure, sur une conduite existante. Généralement les prises de pression se présentent sous forme d’un perçage dans la tuyauterie.
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)rg*ne dé+ri"g'ne
(M"nt*ge du di*+hr*ge *u. +rises de +ressi"n 202$ Les prises de pressions sont prises dans les angles (0-0). On considère comme étant égale à 0 les prises de pression (L1, L2) dans les angles
Prises individuelles
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)rg*ne dé+ri"g'ne
(M"nt*ge du di*+hr*ge *u. +rises de +ressi"n 202$ Prises de pressions dans les angles (0-0) avec chambre annulaire La chambre annulaire permet de mesurer la pression différentielle moyenne sur l’ensemble de la circonférence de la conduite. Ce montage est préféré lorsqu’une précision de mesure est recherchée
Bagues porteuses
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)rg*ne dé+ri"g'ne (Liite d!e+#"i du di*+hr*ge$
Conformément à l’ISO 5167, les diaphragmes des types normalisés ne doivent être utilisés que
dans les conditions suivantes :
Pour les diaphragmes avec prises de pression dans les angles d > 12,5 mm 50 mm < D < 1 000 mm 0,2 < β < 0,75 Re > 5000 (pour 0,2 < β < 0,45) ou Re > 10 000 (pour β > 0,45)
Pour les diaphragmes avec prises de pression à la bride ou à D et D/2 d > 12,5 mm 50 mm < D < 1 000 mm 0,2 < β < 0,75 Re > 1 260 β²D
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)rg*ne dé+ri"g'ne (Mesure +*r di*+hr*ge$
Avantages :
Conception simple
Peu onéreux
Absence
de pièces mobiles
Excellente Interchangeabilité
Pas d’étalonnage
Utilisation sur liquides, gaz, vapeur
Inconvénients:
Pertes de charge élevée
Précision moyenne
Nécessite des longueurs droites importantes
Sensible à la masse volumique
Non linéaire (quadratique)
Risque d’erreurs dues aux bouchages, poches de gaz au niveau des prises d’impulsions
domaine d'utilisation : ne convient pas aux liquides contenant des impuretés solides car celles-ci peuvent s'accumuler à la base du diaphragme. Il introduit une perte de charge importante Précision : 2 à 5 % Dynamique (ou Rangeabilité) : très faible de 1à 3
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