• La mesure de débit est une donnée très importante pour le bon fonctionnement des unités process. Cette mesure doit-être d’autant plus précise qu’il peut y avoir des réactions chimiques impliquant de faible quantité de réactif.

    Le débit se mesure avec un « flowmeter », un débitmètre.

    1.    Les flowmeters

    Le débit peut-être mesuré de différente façon. Ces différences de méthode de mesure impliquent une classification des flowmeters. En voici quelques types avec leur phylosophie :

    -          La différence de pression. Dans un tuyau, un retrécissement de section entraine une augmentation de la vitesse du fluide et par conséquent une perte de pression (cf. théorème de Bernoulli). Cette différence de pression peut-être mesurée et une fois l’échelle de variation de pression établie, il est possible de déterminer le débit qui traverse le tuyau. Ce type d’équipement est le plus simple car il suffit d’une plaque de métal percée au bon diamètre pour créer une dépression. Cette méthode est robuste, c’est pourquoi nous l’étudierons au prochain paragraphe.

    -          Mesure de vitesse. Cette méthode utilise la vitesse du fluide pour en déterminer le débit. Différentes méthodes sont utilisées mais l’une des plus connue reste la turbine dans le tuyau. L’hélice de la turbine est entrainée par le fluide. La vitesse de rotation de l’hélice permet de déterminer le débit du fluide.

    -          Débit massique. Ce type de flowmeter fait appel aux très connu débitmètre à effet coriolis. Il est compliqué c’est pourquoi je ne ferai que le citer.

    -          Rotamètre. Les rotamètres sont des cones qui s’élèvent à mesure que le débit entrant est important. Une échelle permet de mesurer le débit qui passe alors dans la tuyauterie. Ces équipements sont très bon marché.

    -          Les tunnels ouverts. Ces équipements sont des tuyaux transparents et surdimensionnés par rapport au débit traversant la section du tuyau. Le niveau qui passe dans le tunnel indique le débit qui passe dans le tuyau.

    2.    Les flowOrifice

    Les flow orifice ou les débitmètre à différence de pression sont constitués d’une plaque percée d’un orifice, le diaphragme.

    La différence de pression mesurée peut-être réalisée de deux manières (voir figure ci-dessous). Il peut y avoir une prise de pression bien avant l’orifice et bien après ou simplement avant et après au niveau de la bride.

    Prise de pression

    Figure 2 : Prise de pression

    La qualité de mesure et le coût ne sera pas le même pour les deux cas.

    Comment déterminer le trou que doit avoir la plaque à orifice ?

    Il faut se rappeler que plus le trou de l’orifice sera petit et plus la perte de charge sera grande. Au contraire, plus le trou sera grand, et moins il y aura de perte de charge et par conséquent plus difficile sera la mesure de débit. Ainsi, le béta (d/D), doit-être compris entre 0.2 et 0.75.

    Note : d : Diamètre de l’orifice

                    D : Diamètre de la tuyauterie

    Quelle est la perte de charge que doit faire le flow orifice ?

    De manière générale, la perte de charge mesurée par un orifice est de l’ordre de 6 kPa. Cette perte de charge correspond à dP. Bien sur, cette valeur est grossière et dépend du secteur, de l’unité et des projets.

    Un flow orifice fait une perte de charge de l’ordre de 0.1 bar. Il est important de noter que la perte de charge mesurée et la perte de charge réelle n’a pas la même valeur. En effet, il ne faut pas oublier que le régime du fluide est fortement pertubé directement après l’orifice mais qu’avec la distance le régime s’établi de plus en plus réduisant la valeur de pression mesurée. Il en résulte une perte de charge réelle de l’orifice plus petite.

    Il faut donc vérifier que la valeur du nombre de reynolds (Re) soit > 5000 pour 0.2<beta<0.5 et > 16000 * beta² pour beta > 0.5.

    Il faut utiliser un coefficient de décharge (C, par Reader-Harris / Gallagher)) et un coefficient de décharge (epsilon) pour le fluide qui passe au travers de l’orifice. Ces formules sont disponible ci-dessous.

    Coeff décharge
    epsilon

    Ces deux formules sont nécessaire pour l’utilisation de la formule suivante qui permet de calculer le diamètre de l’orifice (béta) en fonction de la perte de charge mesurée (dP) pour un débit donné (qm). Le calcul se fera par itération.

    qm

     

    Désormais, il vous est possible de déterminer le diamètre d’une plaque à orifice... Je n'ai pas parlé volontairement de la courbure de la plaque à orifice face au courant du fluide ou de l'épaisseur de la plaque. Ces données sont plutôt des données fournisseurs et sont fonction du matériau.

    J.M.

     

     


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