François Balu
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Les têtes d'impression à jet d'encre et les « Lab-on-a-chip » (laboratoires sur puce) ont été les premiers représentants de la microfluidique, avec la circulation de liquides à l'intérieur de canaux d'un diamètre de l’ordre du micron. Les dispositifs microfluidiques sont fabriqués par impression lithographique et autres procédés qui trouvent leur origine dans la fabrication de circuits intégrés.

Dans ces dispositifs, les liquides se comportent différemment par rapport à un écoulement dans des canaux « normaux ». En raison de la petite taille des canaux, le phénomène « effet de bord » joue un rôle déterminant.

Les applications microfluidiques se trouvent dans des domaines extrêmement variés telles que la pharmacie, la biotechnologie, la microbiologie, la microchimie (catalyse) et la culture cellulaire où ces procédés réduisent la quantité de produits chimiques et la durée des expériences nécessaires. Ces problématiques sont également présentes dans l’optique ou la microéléctronique et plus particulièrement dans les applications d’encapsulation (Drug encapsulation) et de Lab-on-a-chip.

Une société française produisant des systèmes pour les applications microfluidiques utilise actuellement des débitmètres massiques thermiques dans son système. L’expérience a montré que les mesures de débit massique thermique de son application étaient trop instables et non reproductibles. Bronkhorst lui a proposé une solution alternative utilisant la technologie Coriolis.

Système microfluidique

Après avoir étudié les applications du client, Bronkhorst a conclu que le débitmètre massique ML120 mini CORI-FLOW pourrait couvrir l'ensemble de ces besoins. Bronkhorst a proposé au client de tester le ML120 et de comparer les résultats obtenus avec ceux des débitmètres massiques thermiques habituellement utilisés. Le client a testé et validé le ML120 après quelques semaines d’essais.

Enthousiaste, le client en a conclu rapidement que le ML120 apportait une amélioration notable en matière de précision, de stabilité et de répétabilité. De plus, il était possible de remplacer cinq débitmètres massiques thermiques par un seul débitmètre Coriolis pour couvrir les mêmes besoins. Exprimant toute sa confiance en Bronkhorst et en son professionnalisme, le client a décidé d'intégrer le ML120 à sa gamme de produits. Dans le cadre d'une plus ample coopération avec Bronkhorst, le client a développé en outre un guide destiné aux utilisateurs, ainsi qu'un guide de vente pour les ingénieurs commerciaux. De plus, certains travaux de programmation ont été effectués dans LabVIEW afin de communiquer avec les appareils de Bronkhorst.

Après plusieurs mois d’utilisation chez les clients finaux, le Mini CORI-FLOW ML120 emporte une large adhésion. Il a permis l’amélioration, la fiabilisation et la simplification des applications demandant le plus de précision. L’interface développée sous LabVIEW par la société partenaire est très appréciée des utilisateur. Le client, spécialiste de la Microfluidique, fait parti des Bêta-testeurs pour la prochaine génération de débitmètres massiques Coriolis ultra petits débit.

En savoir plus sur les débitmètres Coriolis

Vidéo sur le Mini CORI-FLOW

En savoir plus sur les systèmes microfluidiques (site en anglais)

Distribution de gaz dans l’industrie sidérurgique

Dans l’industrie sidérurgique, les régulateurs de débit massique améliorent la distribution de gaz inertes dans le procédé de production de la fonte

Samuel Neeser
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Dans la sidérurgie, les hauts fourneaux convertissent le minerai de fer en fer brut par l'action réductrice du carbone à haute température. Ce fer brut, également appelé « fonte », contient encore beaucoup de carbone et autres impuretés qui doivent être supprimées, partiellement ou totalement, par une réaction avec l'oxygène.

Dans le processus de base, de l'oxygène pur est soufflé par en haut à un certain endroit du bain de fonte à l'aide d'une lance refroidie à l’eau. Il est important que la fonte en fusion soit agitée en continu pour observer une réaction homogène entre l'oxygène soufflé et le carbone de la fonte. Des gaz inertes tels que l'azote et l'argon sont soufflés dans la fonte en fusion en bas du convertisseur dans lequel a lieu le procédé de fabrication de l'acier à base d'oxygène afin d’assurer son brassage. La maîtrise de celui-ci est garantie par la régulation massique des gaz azote et argon .

Ce principe permet de compenser les colmatages du procédé et de garder un brassage constant tout au long de la fusion. De plus, l'argon est un gaz coûteux et, dans le cadre de ce procédé, son contrôle est important. Un fabriquant d’équipements spéciaux pour les aciéries a sollicité Bronkhorst pour améliorer son procédé.

Le système d'alimentation en gaz inerte des utilisateurs se compose de deux lignes d'alimentation en gaz, l'une pour l'argon et l'autre pour l'azote. Bronkhorst a livré des régulateurs de débit massique thermique et leurs vannes intégrées. L'unité de commande, l'enceinte, les conduites de gaz et les vannes d'arrêt ont, pour leur part, été installées par le client. Pour une agitation optimale de la fonte, le bas du convertisseur présente un nombre considérable d'entrées pour les gaz inertes dans les briques réfractaires. Chaque système d'alimentation en gaz inerte compte habituellement entre 6 et 14 régulateurs de débit massique. Lors des essais, les paramètres PID ont été optimisés pour ce procédé de manière à gérer les différentes contre-pressions élevées dans le convertisseur et à empêcher le système d'osciller.

procédé de fabrication de l'acier dans un convertisseur

En raison des exigences extrêmes de ce procédé, des pressions de plus de 16 bars à des débits maximum de 1 600 litres par minute doivent être gérées. Seuls quelques fabricants peuvent répondre à ces exigences et Bronkhorst a été choisi comme fournisseur. En outre, la compacité des régulateurs de débit massique a été un avantage car l'espace disponible était limité pour le système d'alimentation en gaz inerte. Si un équipement de régulation des gaz d'un autre fabricant avait été choisi, une nouvelle modification du système aurait été nécessaire, ce qui aurait rendu la solution beaucoup plus coûteuse.

Selon le client, le système fonctionne parfaitement. Le procédé est très stable et les exigences relatives à la réduction des coûts par le dosage précis de la quantité d'argon nécessaire ont été respectées. De plus, la solution génère moins d'émissions de CO2 en raison de l'homogénéisation optimisée de la fonte par rapport à la situation initiale. Le client est en outre satisfait du service et de l’accompagnement de Bronkhorst et a depuis entrepris de mettre en place un deuxième système

En savoir plus sur les régulateurs de débit Gaz

Système de régulation débit/pression sur réacteur chimique

Les réacteurs chimiques par hydrogénation sont utilisés pour des applications de génie des procédés à l’aide d’une régulation débit/pression des cuves de réacteurs.

Wout van 't Wel
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Les réacteurs chimiques sous flux gazeux par hydrogénation sont souvent utilisés pour des applications de génie des procédés par des laboratoires de recherche et développement des acteurs de la chimie, de la pharmacie ou des sciences de la vie.

Bronkhorst a mis au point une configuration de régulateurs de pression électroniques et de débit massique thermique pour une régulation automatisée de la pression des cuves de réacteurs. Cette solution standard peut être appliquée aux systèmes à faible débit des réacteurs de laboratoires ainsi qu'aux applications industrielles à haut débit telles que les procédés d'hydrogénation dans les industries agro-alimentaires, pharmaceutiques et chimiques, à basse ou (très) haute pression (jusqu'à 400 bar).

La régulation du débit massique combinée à celle de la pression permet une régulation sûre et automatisée de la pression des réacteurs. Cette configuration peut varier légèrement en fonction de l'application et être adaptée aux interfaces de commande analogiques ou numériques. En outre, les instruments utilisés peuvent être du matériel de type laboratoire ou de type industriel, plus robuste, avec un niveau de protection IP65 et, en option, peuvent être certifiés pour l’utilisation en zone 2 ATEX.

Le schéma ci-dessous illustre cette solution originale de Bronkhorst. À l'entrée du réacteur, un régulateur de débit massique (MFC) assure l'alimentation en gaz, tandis qu'un transmetteur de pression électronique (EPT) régule la pression du réacteur. À la sortie du système, il y a une restriction du débit, qui peut être simplement une vanne (à aiguille) ou, comme dans l'illustration, un régulateur de débit massique (MFR) avec un afficheur local. Une valeur de consigne est donnée au transmetteur de pression pour réguler la pression du réacteur. Dans l'illustration, cette régulation est assurée via le port RS232 par un script programmé sur PC. Le contrôleur PID intégré du transmetteur de pression (maître) régule le débit massique (MFC esclave). Pour éviter l’emballement de la réaction d’hydrogénation, quand la pression augmente dans le réacteur, le débit massique d'entrée maximum est toujours bridé par l’échelle du régulateur massique. Ce débit limite de gaz peut être ajusté par le paramètre « facteur esclave » (slave factor).

Configuration débit/pression

Lorsque la pression a atteint la valeur souhaitée, elle y est maintenue de manière constante. Le débit du gaz de réaction est régulé en fonction de débit consommé par la réaction. De plus, une fonction de régulation par batch (dosage) permet également de limiter la quantité totale de gaz de réaction délivrée dans le système. Une fois cette quantité totale atteinte, l’injection du gaz est arrêtée indépendamment de la pression.

En savoir plus sur les régulateurs de pression