Série d’articles de blog : Comment traiter les faibles débits de liquide ? Partie 3/5

Dans l'article 3 de la série "Comment traiter les faibles débits de liquide", nous partageons des conseils sur la manière de fournir une pression d'entrée stable au système de liquide.

Marnix Hanselman
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3ème partie – Alimentation en liquide à l’aide d’une cuve sous pression

Dans le monde de la régulation et de la mesure de débits, nous faisons une distinction entre les « faibles débits » et les « forts débits ». Mais qu’est-ce que cela signifie réellement ? Bronkhorst fournit des débitmètres et des régulateurs dans la gamme « faible débit ». Savez-vous ce que signifie « faible débit » ? Dans notre série d’articles, nous expliquons la différence et partageons nos conseils et astuces sur les installations à faible débit de liquide.

Vous pouvez lire les parties précédentes déjà publiées ici :

  • 1ère partie « Que sont les faibles débits de liquide ? » : dans cette partie, nous expliquons ce que sont les (ultra) faibles débits de liquide, nous décrivons les problèmes qui peuvent survenir et nous fournissons des solutions pour une performance optimale.
  • 2ème partie « Conseils pour la sélection du débitmètre »: dans cet article, nous donnons des conseils sur la façon d’optimiser la stabilité et les performances de vos instruments et fournissons des recommandations sur le dimensionnement, le choix des matériaux et les meilleures procédures à suivre.

Alimentation en liquide pour établir un faible débit de liquide stable

Comme indiqué dans la partie précédente où nous avons fourni des conseils sur la façon de sélectionner un débitmètre ou un régulateur de débit approprié, à l’entrée d’un régulateur de débit une pression très stable est nécessaire pour obtenir un faible débit de liquide stable. Alors qu’un gaz, qui est compressible, peut avoir un effet d’amortissement en absorbant l’instabilité de la pression d’un système, un liquide qui est incompressible, ne peut pas le faire. Bien que les régulateurs de débit de Bronkhorst soient capables de neutraliser dans une certaine mesure les fluctuations de pression, des changements rapides de la pression d’entrée peuvent déstabiliser la régulation de débit.

En général, deux méthodes permettent de fournir une pression d’entrée stable au système liquide : l’utilisation d’une cuve sous pression dans laquelle du gaz est utilisé pour pressuriser le liquide, ou une pompe à régime stable. Quelle que soit la méthode choisie, il s’agit en partie d’une décision pratique qui dépend des utilités disponibles sur le site du client.

Cuve sous pression

Une cuve sous pression est une option relativement sûre qui ne nécessite pas d’électricité ni de pièces mobiles, et c’est un plus pour certains liquides volatils. Toutefois, les gaz dissous dans le liquide ont un effet négatif sur la stabilité du débit lors de la détente en faisant de la cavitation. L’arrêt de l’installation est nécessaire pour le rechargement en liquide de la cuve.

Pompe

L’avantage d’une pompe est qu’en principe il n’y a pas de contact direct entre le gaz et le liquide. Cela signifie qu’aucun gaz ne peut se dissoudre en excès. De plus une pompe peut fonctionner en continu. Cependant, leurs pièces mobiles rendent les pompes sensibles à l’usure et elles sont souvent plus chères que les systèmes de cuves sous pression.

Débitmètre à ultrasons avec une pompe

Il y a un compromis à trouver entre le volume de liquide à utiliser, la pression et l’application. Dans un laboratoire de recherche, par exemple, on peut disposer d’hélium peu soluble dans les liquides pour la pressurisation, tandis que dans un environnement de production, il faut trouver une autre solution, généralement contrôlée par une pompe. Nous vous invitons à lire la quatrième partie de cette série d’articles de blog pour en apprendre plus sur l’utilisation des pompes pour fournir une pression d’entrée stable.

Comment traiter les gaz dissous ?

Lors de l’utilisation d’une cuve sous pression, le principal défi consiste à minimiser la dissolution du gaz dans le liquide à traiter. Moins il y a de gaz qui entre en contact avec le liquide, mieux c’est. La loi de Henry stipule que la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression du gaz qui est en contact direct avec le liquide. Cela a quelques implications pratiques. Le gaz utilisé pour pressuriser le liquide et qui a été dissous dans le liquide à haute pression sera libéré sous forme de bulles de gaz à une pression plus basse plus en aval dans le processus. Il s’agit généralement d’un phénomène indésirable, la cavitation. De plus, la solubilité d’un gaz dans un liquide diminue à mesure que la température augmente. Une augmentation de la température du liquide traité entraînera donc également la libération de bulles de gaz.

Loi de Henry

À cet égard, il est recommandé de maintenir une chute de pression et de température sur le trajet du liquide aussi faible que possible.

Conseil 1 - Utilisez une cuve sous pression

Si le gaz est utilisé pour pressuriser le liquide, une recommandation importante est donc d’éviter que le gaz n’entre en contact direct avec le liquide. Par exemple, utilisez une cuve sous pression avec une membrane séparant physiquement le liquide du gaz de pressurisation, de la même manière qu’un vase d’expansion est utilisé dans votre système de chauffage central à la maison.

Conseil 2 - Appliquez des gaz à faible solubilité

S’il est nécessaire ou inévitable que le gaz de pressurisation entre en contact direct avec le liquide, il existe certaines solutions. Par exemple, appliquer des gaz peu solubles. L’hélium est généralement le meilleur choix pour les liquides à base d’eau, suivi par l’azote. Si possible, appliquez la pression la plus faible possible au liquide. Cela dépend évidemment de la pression de fonctionnement de l’application. À cet égard, il peut être utile de positionner le réservoir de liquide suffisamment en hauteur par rapport au régulateur de débit pour laisser la gravité faire son travail, ce qui requiert donc une pression de gaz plus faible.

Conseil 3 - Utilisez un dégazeur

En dernier recours, utilisez un dégazeur pour éliminer le gaz du liquide. Il s’agit d’un dispositif comportant un tuyau poreux auquel on applique un vide à l’extérieur, ce qui provoque l’aspiration de bulles et des gaz dissous du liquide à l’intérieur du tuyau. Les dégazeurs standard fonctionnent bien avec des milieux aqueux (eau). Pour les faibles débits de liquide inférieurs à 50 g/h et en fonction du type d’application, nous recommandons d’utiliser un dégazeur si la stabilité et la précision maximale sont essentielles et si les perturbations dues aux bulles de gaz doivent être supprimées. Un dégazeur est considéré comme une option coûteuse, mais si vous avez une application exigeante en performance, vous aurez là, la meilleure solution disponible. Pour faire un parallèle avec l’automobile, on n’achète pas des pneus à 25 euros pour une voiture de course très chère, en effet !

Conseil 4 - Système de décompression ou réservoir tampon

Si les fluctuations de la pression d’entrée dans la configuration de la cuve sous pression sont trop rapides pour que le régulateur de débit puisse les compenser, il existe quelques solutions. Un système de décompression ou un réservoir tampon entre le régulateur de pression et le ciel gazeux du réservoir de liquide peut lisser ces fluctuations pour fournir une pression d’entrée stable au liquide.

Configuration avec une cuve sous pression

Conseil 5 - Comment gérer les problèmes de corrosion des pièces soudées

Pour une utilisation avec des milieux aqueux, Bronkhorst recommande d’avoir une cuve faite d’une seule pièce d’acier inox 316 passivé pour éviter les problèmes de corrosion des pièces spécialement soudées. Avec des solvants organiques comme le méthanol, le toluène ou l’acétone, la corrosion des pièces soudées dans une cuve ne pose généralement pas de problème. Comme la régulation du débit de liquide avec une cuve sous pression est généralement un processus discontinu pour assurer le rechargement en liquide, assurez-vous que la cuve soit suffisamment grande pour fournir un débit stable pendant une durée suffisante entre les remplissages. Pour éviter les éclaboussures et les débordements de liquide lors du remplissage, utilisez un entonnoir de remplissage à l’entrée.

Ne manquez pas la quatrième partie !

Dans cette partie, nous avons partagé des conseils sur la manière de fournir une pression d’entrée stable au système liquide. Dans la quatrième partie, nous nous concentrons sur l’approvisionnement en liquide à faible débit à l’aide d’une pompe :

Lisez les précédents articles de cette série :

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