• Vous êtes fraichement diplômé et vous êtes à la recherche de votre premier emploi. Vous ne savez pas trop par où commencer votre recherche et vers quels type de structure vous orienter... Cet article vous propose quelques réponses à vos questions. Dans un premier temps, pour trouver un emploi d’Ingénieur différentes voies existent :

    -          La candidature spontanée

    -          Internet

    -          Réseau

    La Candidature Spontanée

    Les candidatures spontanées ont une efficacité très faible. En effet, la probabilité d’obtenir un entretien après avoir envoyé une lettre de motivation pour un emploi dont on ne sait pas s’il existe et dont on ne sait pas si le budget est alloué, est très mince.

    Si jamais vous avez réussi à obtenir un entretien, rien n’est joué ! En effet, est ce que l’entretien que vous avez obtenu correspond au poste visée et dans la fourchette de rémunération que vous attendez ? Si oui, tant mieux, sinon vous avez dépensé de l’énergie et du temps pour peu de chose.

    Internet

    Internet est un moyen formidable pour trouver un emploi. Il est relativement simple et peu couteux pour les entreprises d’éditer une offre d’emploi et par voie de conséquence pour nous, ingénieur, de trouver une offre qui nous corresponde.

    Il existe des sites généralistes tel que APEC (ANPE pour les cadres), MONSTER pour ne citer que les plus connu. Il ya aussi des sites plus spécialisées tel que « emploi-pétrole » dans le secteur pétrolier ou « le-nucleaire-recute » , dans le nucléaire. L’avantage des site spécialisé et de trouver une offre ou de diffuser son CV aux bonnes personnes.

    Internet permet donc de cibler la recherche selon ses critères (poste, lieu, salaire...). Autre avantage, toutes les candidatures se font directement par le site internet de l’entreprise ou par l’envoie d’un email à la personne chargé de recrutement. Vous avez donc la possibilité de faire un suivi efficace via un tableur.

    Réseau

    Autre méthode pour trouver un job, le réseau. Il y a plusieurs type de réseau. Le réseau d’amis, bien souvent ce sont des collègues des ex-entreprises dans lesquelles vous avez travaillé, votre voisin, un ami que vous avez rencontré à l’école ou encore une rencontre quelconque à qui vous avez discuté... Toutes ces rencontres et donc tous ces contacts font parti de votre réseau !

    Un réseau puissant est constitué par les écoles d’ingénieur. Il est constitué par les contacts de l’école avec les entreprises mais surtout par les anciens élèves. Plus votre école est ancienne et « réputée », plus l’influence en sera importante.

    Vous pouvez aussi vous créer un réseau sur des sites sociaux tel que FACEBOOK, même s’il est moins approprié que VIADEO ou LINKEDIN qui restent plus professionnels.

    Néanmois, n’oubliez pas, un réseau est vivant. Il faut prendre le temps de le faire vivre, donner des nouvelles, aller de temps en temps boire un verre pour entretenir les liens... Enfin, n’oubliez pas aussi de rendre service et de prendre la peine de chercher lorsqu’un membre de votre réseau est en recherche.

    Quel type d’entreprise choisir ?

    PME ou grande entreprise ?

    Les PME et les grandes entreprises offre chacunes des avantages et inconvénients. Les PME sont plus flexibles, il est possible de faire plus de choses mais elles demandent plus de rigueur et plus de travail du fait du nombre restraint d’employés.

    Les grandes entreprises offrent quant-à elle plus de sécurité, puisqu’il y a plus de personnes à même de répondre à vos questions. Le travail est bien délimité ce qui réduit les tâches annexes. La progression de la carrière y est aussi (souvent) plus lente.

    Société de conseil

    Ces dernières années, plusieurs « société de conseil » ont vu le jour. Ces sociétés emploient des ingénieurs (dit « consultants ») qui travailleront ensuite pour d’autres entreprises cliente de celle-ci. Certaines de ces sociétés sont modeste d’autre sont de grand groupe (Altran, Alten...). Les grands groupes sont implantés partout en France et même dans le monde entier, notamment Altran.

    Ces sociétés de conseil offrent la possibilité d’entrer dans de grands groupes tel que Total ou Areva, chose très difficile au premier abord pour quiconque ait essayé. Elles permettent d’avoir une première expérience dans un domaine car très souvent elle sont positionné sur différents secteurs (Pétrole, Pharmacie, Automobile...). L’autre avantage est aussi la durée des missions (courtes ou longues) ce qui vous permet de changer de lieu, de collègues.

    Il faut tout de même savoir que les consultants n’ont pas toujours le choix de leur mission (business de la société oblige) et pour obtenir une mission, il faut savoir se vendre au client pour qu’il vous choississe !

    Vous l’aurez compris, être consultant est un challenge de tous les jours. Il faut aimer les défis, apprendre à se vendre, savoir dire non parfois, mais cela reste un accélérateur de carrière relativement efficace...

     

    Quels sont les moyens que vous avez déployer pour trouver votre premier emploi ? Quels ont été vos critères de selection ?

     

                                                                                                                                                                                                J.M


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  • En ingénierie des procédés, la plupart des variables d’ajustement sont contrôlées par des vannes. Une vanne pourra réguler le débit d’un fluide, tandis qu’une autre sera capable de réduire la pression dans un ballon. Par conséquent les vannes sont particulièrement importante pour la régulation et donc pour le bon fonctionnement d’une unité de process.

     

                      I.      Caractéristiques d’une vanne

    a)   Composant d’une vanne

    Une vanne de régulation se compose de trois éléments distincts :

    -          Le corps de vanne par lequel le fluide passe,

    -          Le positionneur qui permet l’ouverture de la vanne en coordination avec le signal de contrôle

    -          L’actionneur ou le servomoteur qui convertit le signal de contrôle en mouvement.

     

    La réalité d’une vanne de contrôle est plus complexe comme le montre la figure ci-dessous.

     

    Vanne détaillé

    Figure 1 : Schéma d’une vanne détaillée

    b)   Les types de vannes

    Il existe deux grands types de vannes :

    -          Les vannes rotatives : L’ouverture et la fermeture se fait par la rotation d’un clapet.

    -          Les vannes linéaires : L’ouverture et la fermeture se fait par un mouvement linéaire du bas vers le haut et vice-versa.

           
       

     

    vanne linéaire
      vanne rotative
     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     


    Figure 2 : Vanne rotative                                                                              Figure 3 : Vanne linéaire

    Chacune de ces vannes possèdent des avantages qui lui sont propres. Le tableau ci-dessous résume les principaux avantages de chaque type.

    Tableau 1 : Avantage des différents types de vannes

    Vanne linéaire

    Vanne rotative

    -          Meilleur palette d’utilisation

    -          Meilleur Cv

    -          Bonne résistance aux vibrations

    -          Faible poids

    -          Meilleur intégration dans la tuyauterie

    -          Une vanne de ce type est préconisée pour les cas difficile (haute température et pression)

    -          Le clapet réduit la taille de l’actionneur à haute pression

    -          Moins de cavitation

    Les vannes rotatives et linéaires correspondent aux deux grandes familles de vanne. Le tableau ci-dessous défini les vannes qui appartiennent à chacune de ces catégorie.

    Tableau 2 : Types de vannes

    Vannes rotatives

    Vanne linéaires

    Type

      Image

    Utilisation

    Type

    Image

    Utilisation

    Segment sphérique

     

    Fluide visqueux

    Clapet

     

    Bonne étancheité

    Risque de bouchage

    Obturateur Excentré

     

    Fort débit

    Bonne finesse de régulation

    Huile, Gaz

    Double siège

     

    Prix élevé

    Meilleur équilibrage que la vanne à clapet

    Forte pression

    Disque excentré (papillon)

     

    Gros diamètre et fort débit

    A cage

     

    Forte différences de pression entre l’entré et la sortie de la vanne

    Haute température et haute pression

    Sphère de régulation

     

    Cas de cavitation

    A membrane

     

    Fluide corrosif ou chargé de particules solides

    Bon marché

    Bonne étanchéité du fait de la suppression de presse étoupe

    Finesse de réglage médiocre

    c)   Risques des vannes

    L’un des risques les plus courants concerne la cavitation. En effet, la perte de charge induit une perte de pression. La pression diminuant, le fluide cherche à se transformer en gaz. Ainsi de petites particules de gaz peuvent apparaitre dissoutes dans le liquide. Dans le pire des cas, le liquide se transforme en gaz dans la vanne.

    La cavitation abime tous les équipements rotatifs tels que les pompes. Le bruit sonore dans les lignes dépasse les recommandations usuelles (85 dB). Les vibrations entrainent le desserrement des boulons provocant ainsi des fuites. Les vannes s’abiment à cause des vibrations engendrées (destruction du clapet, du corps...). Le contrôle n’est plus efficace étant donné que la valeur du fluide qui passe n’est plus proportionnelle au signal (calibrage initial).

                   II.      Calcul d’une vanne

    Le calcul d’une vanne se fait par la caractérisation du Kv. Le tableau ci-dessous explicite la formule pour déterminer le Kv en fonction du type de fluide.

    Tableau 3 : Equation pour le calcul de vanne

    Calcul vanne

    Le Kvs de la vanne :

    Pour caractériser les vannes de série, on donne un coefficient Kvs, qui correspond au coefficient Kv pour une course nominale de H100 du clapet

    Pour chaque type de vanne de série, on donne une course nominale H100 pour laquelle la vanne peut être considérée comme complètement ouverte

     

    Le Kvo de la vanne :

    C'est le débit de fuite qui traverse la vanne si elle présente une perte de charge de 1 bar (DPv =1 bar) quand elle est totalement fermée. Le Kvo s'exprime en m³/h.

    Le site suivant permet de calculer le Cv d’une vanne :

    http://www.omicron-technologies.com/guide-technique/calcul-cv

     

    Taux de fuite

    Le taux de fuite d’une vanne est le rapport Kvo / Kvs

    Pour une vanne neuve, ce taux de fuite doit être inférieur à 0,05 %.

     

    Coefficient de débit Kv pour une vanne

    C'est le débit d'eau Q en m3/h mesuré à 4°C (Masse volumique = 1000kg/m3) qui pour une perte de charge de 1 bar, passe à travers la vanne considérée comme entièrement ouverte.

    Une vanne sous dimensionnée peut engendrer une chute de pression élevée au travers du dispositif et peut par conséquent endommager le siège de la vanne par érosion.

    Inversement une vanne de régulation surdimensionnée peut entraîner un fonctionnement instable de l'installation.

    Pour chaque type de vanne, le constructeur indique une pression différentielle limite admissible qui dépend de son diamètre, du mode de construction, de la puissance du servomoteur, de la température du fluide, du taux de fuite et du débit maximal qui le traverse. Avec :

    equation 1

    Q = Débit d'eau réel en m3/h à la température x

    rho = masse volumique de l’eau en kg/dm3 ou densité (dépend de la température)

    DP Chute de pression au travers de la vanne en bar

     

    Chute de pression

    C'est la différence de pression entre l'entrée et la sortie de la vanne. C'est donc sa perte de charge.

    La valeur du Kv est de même utilisée pour calculer la chute de pression dans une vanne en fonction du débit qui le traverse. Avec :

    equation 2

    Q = Débit d'eau réel en m3/h à la température x

    r = masse volumique de l’eau en kg/dm3 ou densité (dépend de la température)

    DP Chute de pression au travers de la vanne en bar

     

    Autorité de la vanne

    La fonction principale d'une vanne de régulation est d'assurer la progressivité d'un débit. C'est l'autorité de la vanne qui va déterminer la stabilité de la régulation.

    Cette progressivité sera quantifiée par l'autorité de la vanne.

    autorité

    DPv = perte de charge de la vanne entièrement ouverte pour le débit nominal

    DPL = perte de charge du circuit à débit variable

    Vanne à caractéristique linéaire

    Caractéristiques vanne à caractéristiques linéaires :

    vanne linéaire

    La meilleure progressivité de la puissance thermique est obtenue quand la vanne a une autorité, a = 1. Il est impensable de choisir cette valeur, donc la progressivité sera médiocre avec ce type de vanne.

    Pour utiliser ce type de vanne en régulation, il faudrait régler la bande proportionnelle à une valeur très élevée. Cette vanne ne peut pas être utilisée en régulation progressive.

    Vanne à caractéristique quadratique

    Vanne de régulation à caractéristique quadratique :

    vanne quadratique

    La meilleure progressivité serait obtenue pour une autorité, a = 1. Mais toutefois pour a = 0,5, l’autorité de la vanne n’étant pas linéaire peut malgré tout donné satisfaction. Si la hauteur manométrique de la pompe le permet, on aurait intérêt à donner une autorité par exemple de 0,6 à 0,7.

    Vanne à caractéristique logarithmique

    Vanne de régulation de température à caractéristique logarithmique :

    vanne logarythmique

    Dans ce type de vanne, le déplacement du clapet produit une variation de débit proportionnelle au débit total précédent le changement. La meilleure progressivité de puissance est obtenue pour 0,6 à 0,7.

    Vanne à puissance calorifique linéaire

    Caractéristiques vanne de régulation de température à puissance calorifique linéaire :

    vanne puissance calorifique

    Dans ce type de vanne le constructeur a conçu le clapet de façon à obtenir une puissance calorifique proportionnelle à la levée du clapet, pour une autorité a = 0,5.Une autorité trop grande aurait le même effet nuisible qu’une autorité trop petite.

                III.      Résumé

     Le dimensionnement d'une vanne de régulation consiste à calculer un coefficient : le CV (ou le Kv).

    Pour cela il faut connaître les paramètres suivants :

    - la nature du fluide,

    - le débit

    - la delta P aux brides de la vanne à pleine ouverture

    - la densité ou la masse volumique du fluide aux conditions process.

    Il faut commencer par déterminer la delta P de la vanne.

    Suivant la delta-P vanne, on peut choisir une vanne droite à clapet ou une vanne à cage ou encore une vanne rotative excentrée. Après le calcul du Cv, on recherche le Cv "constructeur" et le DN de la vanne. Après ce choix, il faut vérifier la vitesse d'entrée (entre 20 et 60 m/s pour de la vapeur saturée).

    Il faut tenir compte du fait qu'une vanne de régulation dépend aussi de critère tel que la rangeabilité, les matériaux employés suivant le fluide et ses caractéristiques, la caractéristique intrinsèque suivant la régulation, etc.

     

    J.M.


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  • En ingénierie des procédés, les unités d'une usine de production sont représentés sous forme de schéma par des Process Flow Diagram (PFD) ou Process Flow Sheet (PFS).

    a)  Le cartouche

    Le cartouche est situé en bas à droite. Il permet de lire le nom et le numéro associé au projet, le nom du client et le nom de celui qui fait l’ingénierie. La référence associé au PFD et sa révision. L’unité à laquelle appartient le PFD. Si l’unité est importante, il y aura plusieurs PFD pour cette unité. Ils seront alors numérotés tel que 1/10 (PFD / PFD total de l’unité). La figure ci dessous montre un cartouche d’un projet.

    Cartouche

    Figure 1 : Cartouche

     

    b)  Le nom des équipements

    Chaque équipement a une itemisation particulière (P101 pour pompe 101 etc...) en plus de son nom. Très souvent, les items des équipements et leurs noms sont listés en haut du PFD comme le montre la figure suivante.

    PFD

    Figure 2 : Nom des équipements

    Le nom des équipements peut aussi apparaître sur le coté ou en bas. Cette liste n’apparait pas toujours selon les ingénieries. Voici ci dessous un exemple de liste d’item.

    Il convient de définir une règle d’itémisation des équipements selon leur fonction. Ainsi, les ballons seront toujours S, pour séparator, les colonne, C, les pompes P... Les items sont très souvent normalisés suivant l’ingénierie. Ainsi un ballon sera « VZ » pour les groupe pétroliers et para-pétrolier alors qu’il sera « V » pour une autre ingénierie ou encore « S » pour une autre.

    Une fois les items fixés, il faut les « codifié ». Voici l’exemple d’un ballon de séparation de l’unité 30 : 30 – S 101. « 101 » car c’est le premier ballon identifiant, le second ballon sera alors : 30 – S 102.

    Voici un exemple d’itémisation d’équipement :

    Item equipement
    Item_utility

    Figure 3 : Codification des équipements / Utilités

    c)  Les notes

    Les notes importantes doivent-être mentionnées sur le PFD. Elles permettent de savoir les choses qui restent à définir ou à en preciser. Elles peuvent-être écrites en dessous, à coté...

    d)  Numérotation des flux

    Le HMB (Heat and Material Balance) utilise les numéros référencés sur le PFD. Un numéro de flux sera associé lorsqu’il y a modification de température, débit ou pression. Afin d’éviter de surcharger le PFD, on peut réduire le nombre de numéros e considérant qu’il est possible de retrouver certaines données par le calcul.

    Enfin, petite astuce, prenez toujours quelques numéros de marges entre chaque PFD. Les numéros de l’unité 100 commenceront par 101, 102, 103... mais s’il finissent par 110, commencer le suivant par 120. Ainsi si jamais vous devez rajouter des numéros, vous n’aurez pas tous les PFD à renuméroter surtout s’il y en a des dizaines.

    e)  Le HMB

    Certaines ingénierie ajoute le HMB correspondant au numéro de flux sous la forme d’un tableau en haut ou en bas du PFD. Un autre moyen consiste, comme le montre la Figure 2, à utiliser des symboles pour y définir les trois grandes caractéristiques (Pression, température, débit).

    Le HMB n’apparait pas toujours sous peine de parfois rendre illisible le PFD.

     

    Cette article devrait vous permettre de mieux appréhender un PFD. Y a-t-il des choses que j'ai oubliées ?

     

    J.M.


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  • En procédé certaines réactions chimiques demandent de la chaleur d’autres en dégagent. Les échangeurs de chaleur permettent de transférer l’énergie calorifique d’un fluide à un autre.

    Il existe deux grands types d’échangeurs de chaleur :

    -          A plaque

    -          Tube / Calandre

    Les échangeurs de chaleur peuvent aussi être des condenseurs, des évaporateurs... Cet article ne présentera que les échanges thermiques qui ne présentent pas de changement de phase.

                I.    Les échangeurs tubes/calandre

    image Echangeur tube calandre

    Figure 1 : Echangeur tube calandre

     

    a)  Coté tube :

    En général le fluide qui circule du coté tube correspond à :

    -           Fluide à haute pression

    -          Fluide encrassant

     

    b)  Coté calandre :

    Le coté clandre est priviligié pour les cas suivants :

    -          Fluide basse pression

    -          Steam

    Il n’existe pas un seul modèle d’échangeur tubes calandres. En plus des dimensions et nombre de tubes, les échangeurs peuvent avoir des configurations différentes. La figure ci-dessous présente les différentes configurations possibles.

    Figure 2 : Les différentes configurations d’échangeur Tube/calandre

               II.    Les échangeurs à plaque

    Echangeur à plaques

    Figure 3 : Echangeur à plaque

    Avantage :

    -          Grande flexibilité  puisque les plaques sont démontables

    -          Le prix est peu élevé puisqu’il n’y pas beaucoup de manufacture

     

    Inconvénients :

    -          Ce type d’échangeur a tendance à fuir

    -          Ils nécessitent beaucoup d’entretien.

             III.    Circulation des fluides

    Dans un échangeur de chaleur, il y a un fluide froid (bleu) et un fluide chaud (rouge). Plusieurs configurations sont possibles.

    a)  Les différents types de circulation du fluide

     

    -          Co courant

    Contre-courant

    Figure 4 : Echange co-courant

     

    Le fluide chaud et le fluide froid vont dans le même sens.

    -          Contre-courant

    co-courant

    Figure 5 : Echange contre-courant

    Le fluide chaud et le fluide froid vont dans le sens contraire. Ce type d’échange est plus efficace que le co-courant et par conséquent réduit la surface d’échange (coût de l’équipement plus faible).

    -          Courant croisé

    Les fluides se croisent. Ce type d’échangeur est très utilisé pour les échanges avec l’air. Le radiateur d’une voiture est un courant croisé.

    a)  Les différentes configuration d’échangeurs

    Les échangeurs peuvent fonctionner de manière isolés ou peuvent être en série ou en parallèle.

    -          Echangeur en série

    Echangeurs série

    Figure 6 : Echangeurs en série

    Le fluide froid passe au travers de différents échangeurs en série. Ce type de configuration est nécessaire lorsque la surface d’échange nécessaire au refroidissement/réchauffage est importante.

    -          Echangeur en parallèles

    Echangeur parallèle

    Figure 7 : Echangeurs en parallèle

     

    Ce type de configuration est utilisé lorsque la capacité de l’unité est variable, permettant ainsi un contrôle plus efficace de l’unité.

            IV.    Dimensionnement

    Les principales caractéristiques des échangeurs étant définies, il reste à établir le design. Il faut établir la puissance de l’échangeur, sa surface d’échange et ses dimensions.

     

    a)  Coté Tube

    Calcul de la puissance d’un échangeur

    La puissance d’un échangeur se calcule avec la formule suivante.

    Puissance d'échangeur

    - Q = Puissance de l’échangeur (W)

    - m = Débit de fluide (kg/s)

    - Cp = capacité calorifique (J/kg.s)

    - dT = Différence entre la température d’entrée et de sortie (°C)

    La puissance obtenue permet de situer l’échangeur par rapport aux autres (petite ou grande puissance) d’unités du complexe. De plus, cela permet de vérifier si le calcul n’est pas aberrant pour une augmentation de capacité.

    Calcul de la surface d’échange

    La principale caractéristique des échangeurs correspond à la surface d’échange. Cette surface se calcule avec la formule ci-dessous.

    Surface d'échange

    -          Q = Puissance de l’échangeur (W)

    -          U = coefficient de transfert (W/m².°C)

    -          A = Surface d’échange coté tube (m²)

    -          dT = Différence entre la température d’entrée et de sortie (°C)

    Afin de pouvoir utiliser cette formule, il faut connaître quelques valeurs du coefficient de transfert, U. Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs pour des échanges Liquide/Liquide, Gaz/Gaz. Ces valeurs ne sont que des approximations.

    Le coefficient de transfert devra être calculé en fonction des caractéristiques votre fluide selon les différents échanges thermiques (convection, conduction et radiation).

    Tableau 1 : Coefficient de transfert

    Phase

    Matériau du tube

    Coefficient de transfert

    (W/m². K)

    Eau (L) / Eau (L)

    Cast Iron

    230 - 280

    Mild steel

    340 - 400

    Cuivre

    340 - 450

    Eau / Air (ou Gaz)

    -

    7.9 - 13

    Vapeur d’eau / Air (ou Gaz)

    -

    11 - 17

    Vapeur d’eau / Eau

    Stainless steel

    680

    Cast Iron

    910

    Mild steel

    1050

    Air / Air

    -

    5.7 – 7.9

     

    Les coefficients de transferts dépendent du fluide, du matériau utilisé, de la LMTD, de la vitesse du fluide.

     

    Calcul du nombre de tubes

    La vitesse dans les tubes est d’environs 3 m/s. Grâce à cette vitesse, il est possible de déterminer le nombre de tubes nécessaire pour l’échangeur avec la formule suivante :

    Nombre de tubes

                - Qv = Débit volumique du fluide (m3/s)

                - V = Vitesse du fluide dans les tubes (m/s)

                - S = Section d’un tube (m²)

                - n = Nombre de tube

    Le nombre de tube est souvent conditionné en faisceau, c’est pourquoi il n’est pas toujours égal au nombre de tubes calculés.

     

    Calcul de la longueur des tubes

    La longueur des tubes d’un échangeur est calculé avec la formule suivant :

    A = n π d L

                    - A = surface totale des tubes (m²)

    - n = Nombre de tube

    - d = Diamètre des tubes

    - L = Longueur des tubes

    La longueur des tubes d’un échangeur tube calandre ne doit pas dépasser 5 m pour des raisons de transport et de praticité. Pour augmenter la surface d’échange sans dépasser les 5 m, il est parfois nécessaire d’augmenter le nombre de passe.

     

    Arrangement des tubes

    Les tubes peuvent-être arrangés selon un pas carré ou un pas triangulaire.

    b)  Coté Calandre

    La calandre doit pouvoir contenir le volume de tous les tubes et l’espace entre chaque tube ainsi qu’un volume entre les tubes et la calandre.

    L’espace entre les tubes (Pitch) est donné grâce au tableau suivant :

    Tableau 2 : Valeur du Pitch (issue de Chemical Engineering Handbook)

    Enfin, des « baffles » peuvent-être ajoutés coté calandre. Ces plaques métalliques « cassent le fluide » et par conséquent augmente les phénomènes de convection du fluide coté calandre. Ces plaques présentent aussi l’avantage d’augmenter la résistance mécanique de l’échangeur. Les baffles sont répartie tous les 500 mm environs.

            IV.    Conclusion

    Les échangeurs sont des équipements importants et complexes à dimensionner. Chaque échangeur est particulier à cause des fluides qui y circulent. Il faut donc bien veiller au calcul des coefficients de transfert pour avoir l’échangeur le plus  exact possible.

    Des logiciels spécialisés sont à la disposition des fournisseurs. Certains logiciels sont internes au fournisseur d’autre sont en vente tel que HTRI (Professionnel) ou encore Shell and tube Heat Exchanger (gratuit).

     

    J.M.


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  • Cette article pour objectif de vous aider à déterminer les principales caractéristiques d’une pompe nécessaire à son dimensionnement.

    La plus part des pompes dans le milieu industriels sont des pompes centrifuges. Ces pompes présentent l’avantage de couvrir un bon nombre de cas en termes de débit et pression en plus d’être robuste, compacte et peu chère. Pour connaître plus d’informations à ce sujet, je vous invite à lire ; Pompes rotatives et Pompes rectilignes.

    Voici un schéma traditionnel d’implantation d’une pompe dans un circuit process. La pompe aspire le liquide du ballon A à une pression donnée (Pa) pour ensuite la refouler dans le ballon B à une pression Pr. Bien souvent des équipements sont installé au refoulement de la pompe en plus de la vanne de régulation. Ces équipements sont représenté par un cercle où "1" est inscrit.

    Schéma pompe

    Figure 1 : Représentation d’une implantation de pompe

          1. NPSH

    La Net Positive Suction Head available (NPSHa) doit-être suffisament élevée pour éviter de faire fonctionner la pompe avec un liquide qui cavite. Si le NPSHa est insuffisant, la pression à l’aspiration n’est pas assez élevée pour garder le fluide liquide à l’aspiration de la pompe. Le fluide du fait d’une pression insuffisante se transforme en gaz faisant caviter la pompe endommageant celle-ci (dommage sur l’impeller principalement). Un bruit de sifflement est un très bon moyen de se rendre compte du phénomène.

                Calcul du NPSH

                            a. Pompe en Aspiration

    Pompe décharge

    Figure 2 : Représentation d’une pompe en aspiration

    Le NPSH de la figure ci-dessus peut-être calculé de la façon suivante :

    NPSH3

    Patm

    Pression Atmosphérique

    Bar

    Pvs

    Pression de vapeur saturante

    Bar

    ΔPperte de charge

    Perte de charge du système

    Bar

    Pstatique

    Pression statique du système

    bar

       
         
         
         

    La pression statique se calcule avec la formule suivante :

     P = ρ g h                                     

    h         Hauteur du ballon par rapport au sol             (m)

    ρ         Masse volumique du fluide             (kg/m3)

     

    Traditionnellement le NPSH d’une pompe est exprimé en mètre de liquide. Ainsi le NPSH est de :
    NPSH2

    ρ

    Masse volumique du fluide

    (kg/m3)

    g

    Accélération de la pesanteur

    (m/s2)

     
       
         

    b. Pompe en décharge

    Pompe aspiration

    Figure 2 : Représentation d’une pompe en charge

    Le calcul du NPSH dans ce cas sera le suivant :

    NPSH1

    Calcul du NPSHa

    Le NPSHa est égale au NPSHr + 1 m. Ce mètre corresponds à une marge de sécurité.

    NPSHa

                       3. Etude d'un cas de dimensionnement d'une pompe

    Prenons l’exemple d’un ballon rempli d’eau à une température de 90°C et à une pression de 1 bara. L’eau est à son point de bulle. La pompe doit décharger le liquide de ce ballon en haut d’un autre ballon à une pression de 2 bar. La pression de vapeur saturante de l’eau est de 0.7 bara. La masse volumique du fluide est de 965 kg/m3 à 90°C.

    La hauteur h1 est de 5 m et la hauteur h3 est de 10 m. La pompe est sur un socle en béton de 0.5 m (h2).

    a. Pression d’aspiration absolue

    Ballon d’aspiration

    1

    Bara

    Elévation

    0.5

    Bara

    Perte de charge

    Vanne

    0.5

    Bara

     

    En ligne

    0.1

    Bara

    TOTAL

    0.9

    Bara

     

    b. Pression absolue de décharge

    Ballon de décharge

    2

    Bara

    Elévation Ballon - Elevation pompe

    0.9

    Bara

    Perte de charge

    Vanne

    0.5

    Bara

     

    En ligne

    0.1

    Bara

    TOTAL

    2.3

    Bara

    La différence de pression est de 2.3 – 0.9 = 1.4 bara

    Cette différence de pression s’exprime le plus souvent en mètres grâce à la formule de l’hydrostatique. La Head est d'environs 15 m. Il est prudent de prendre une petite marge de 10%, soit une hauteur requise de 17 m.

    c. Calcul du NPSHa

    Ballon d’aspiration

    1

    Bara

    Elévation

    0.5

    Bara

    Perte de charge

    Vanne

    0.5

    Bara

     

    En ligne

    0.1

    Bara

    TOTAL

    0.9

    Bara

    NPSHa = 2.1 m

    En pratique, on choisit dans un premier temps le NPSHr pour ensuite élever le ballon à une hauteur suffisante pour éviter de faire caviter la pompe. Le choix de la valeur du NPSHr est fonction du liquide à pomper mais aussi des pompes sur le marché.

    d. Puissance hydraulique

    Ph

    débit volumique du fluide

    m3/h

    Hauteur Head de la pompe

    m

     

    Ainsi pour un débit de 100 m3/h, la puissance hydraulique est de ((100*17*965*9.81)/ 3 600 000) = 4.5 kW.

    e. Puissance du moteur

    Pm

    η

    Efficacité du moteur

    %

    Pour une efficacité de  moteur de 60%, la puissance du moteur est de (4.5/0.6) = 7.5 kW.

    f. Puissance électrique installée

    Pe

     

    ηm

    Rendement électrique du moteur

    %

    La puissance électrique installée est de (7.5 / 0.8) = 9.4 kW pour un rendement de 80%.

         

           3. Résumé de la méthode

    Voici ci-dessous les étapes nécessaires pour dimensionner une pompe.

    a. Données à avoir avant de débuter le calcul

    1 – Les niveaux des ballons d’aspiration et de refoulement

    2 – Le schéma d’implantation de la pompe avec les pertes de charges de chaque équipement et des lignes (voir bilan pression)

                   b. Calcul de la pompe

    1 – Choisir le NPSHr du circuit d’aspiration

    2 – Déterminer la hauteur du ballon d’aspiration à l’aide du NPSHr

    3 – Déterminer la pression de refoulement de la pompe

    4 – Déterminer la puissance mécanique et électrique de la pompe.

     

    Ce type de calcul peut-être réalisé simplement sur une feuille de calcul de type Excel. Notre partenaire Procengi propose à la vente une feuille de calcul de ce type pour un prix modique de 25€.

    J.M


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