CHAPITRE 4: Instrumentation et mesure de débit

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CHAPITRE 4 : INSTRUMENTATION
4.1 BUT

Permettre une régulation manuelle ou automatique d’un procédé. Il y a principalement quatre grandeurs fondamentales à mesurer :
- Le débit
- Le niveau
- La pression
- La température


Les appareils de mesure peuvent agir sur des soupapes de régulation, par exemple.

4.2 LA MESURE DE DEBIT
Parmi les nombreux appareils disponibles sur le marché pour la mesure du débit, le type d'appareil a adopter dépendra souvent de la nature du fluide et des conditions de procédé dans lesquelles on va le mesurer.
Le débit est généralement mesuré de manière indirecte c'est-à-dire en mesurant d'abord la pression différentielle ou la vitesse du fluide. La mesure sera par la suite traduite en débit volumique au moyen de calculateurs électroniques.

D'une manière générale on distingue :

4.2.1 – Les débitmètres volumiques à mesure directe de la vitesse ( turbine, électromagnétique, ultra-sons, compteur … )

4.2.2 – Les débitmètres volumiques à mesure indirecte de la vitesse ( diaphragme, tuyère, venturi, tubes de Pitot ou de Prandl, cible, vortex, … )

4.2.3 – Les débimètres volumiques à mesure de section ( rotamètres , … )

4.2.4 - Les débimètres massiques ( Coriolis, thermiques, … )

4.2.5 – Les débimètres en conduit ouvert ( déversoir )

Formule de base : Qv = S x v ( rappel voir § 3.1.1 )

Qv = débit volumique du fluide m³/s

v = vitesse de circulation m/s

Le débit massique Qm ( kg/s ) = δ . S . v

δ = masse volumique du fluide ( kg/m³ )

Mais, les principaux facteurs qui influent sur l'écoulement des fluides sont :

- La vitesse du fluide
- Le frottement du fluide en contact avec la conduite
- La viscosité du fluide
- La lasse volumique du fluide.

Remarques : Notes sur la mesure des débits gazeux

On mesure les débits gazeux comme les débits liquides; soit en mesurant directement des volumes, soit en multipliant une section de passage par la vitesse correspondante ( vitesse mesurée directement ou indirectement ). Dans les 2 cas, on détermine un volume par unité de temps, il faut donc préciser à quelle pression et température il a été mesuré. Le débit massique est généralement obtenu en multipliant le débit volumique par la masse volumique du gaz, car il existe peu d’appareils donnant directement ce débit massique.

Exercices

a) Calculer le volume de gaz, aux conditions initiales ( 0°C, 760 mmHg ) contenu dans un réservoir de 60l, si le manomètre indique 4 barg et que la température ambiante est de 20°C

Volume du réservoir = 0,06 m³

p1 = 4 + 1 = 5 bar abs

T1 = 20 + 273 = 293°Kv0 = 269,33 x v1
= 269,33 x0,06 x
= 0,276 m³

b) Calculer le débit d’air ( kg/s ) d’un compresseur fournissant 200 m³/h sous 7 barg à 20°C. La masse volumique de l’air aux conditions initiales = 1,3 kg/m³ et po = 1,013 bar abs.

d (air ) aux conditions de calcul = 1,3 x
= 9,69 kg/m³

Qm = 9,69 kg/m³ x 200 m³/h = 1938 kg/h ou 0,54 kg/s

c) Calculer le débit en Nm³/h, sachant que la valeur mesurée aux conditions de calcul (12 bar abs et 70°C) est de 420 m³/h

Qo = 269,33 x Q1
= 269,33 x 420 x
= 3957 Nm³/h

d) Calculer le débit massique d’une conduite d’azote, sachant que son débit volumique est de 100 m³/h à la pression de 2 bar abs et à la température de 20°C ( d(N2) = 1,026 kg/m³ .

d1 =
= 1,88 kg/m³

Qm = 1,88 x
= 0,053 kg/s

 
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