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

Quelle influence les conditions ambiantes, tels que les tuyaux et les vibrations, peuvent-elles avoir sur votre débitmètre ? Bronkhorst, spécialiste des solutions pour les faibles débits de liquide, partage des conseils pour optimiser votre procédé.

Bart de Jong
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5ème partie - Comment gérer les conditions externes ?

Dans le monde de la régulation et de la mesure de débits, nous faisons une distinction entre « faibles débits » et « 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 nos astuces sur les installations à faible débit de liquide. Dans cette dernière partie de notre série d’articles, vous en apprendrez plus sur l’influence des conditions ambiantes sur les instruments.

Quelle influence les conditions ambiantes peuvent-elles avoir sur votre débitmètre ?

Les débitmètres Bronkhorst mentionnés dans les précédents articles de la série, qui sont capables de mesurer des (ultra) faibles débits, y sont très sensibles. Cela implique que même les perturbations les plus infimes du procédé d’un client ou des conditions ambiantes peuvent être perceptibles. Toute perturbation éventuellement déjà présente dans le procédé est désormais vue par le capteur, grâce aux mesures beaucoup plus précises de ces débitmètres très sensibles. Un client peut alors réagir en se disant que « quelque chose ne va pas avec ce débitmètre ! » Mais n’oubliez pas que nos outils ne sont que des transmetteurs d’information ! Et utilisez plutôt les informations de cette série d’articles de blog pour optimiser votre propre procédé. Vérifiez les éléments externes tels que les tuyaux qui en amont et en aval du débitmètre, l’influence de tout équipement vibrant dans l’environnement ou l’éventuelle présence de particules solides dans le liquide.

Pour mettre ce qui précède en pratique : lors du choix d’un régulateur de débit ou d’un débitmètre massique Coriolis, une pression amont relativement élevée sera nécessaire pour compenser la chute de pression (perte de charge) relativement élevée de l’appareil, ce qui est globalement le cas lorsque les instruments Coriolis fonctionnent dans leur plage de débit nominale. Toutefois, pour les instruments Coriolis ayant une large gamme de mesure (jusqu’à 1 % de la pleine échelle), la perte de charge dans la partie inférieure de l’échelle est généralement négligeable et comparable à celle des débitmètres thermiques.

Bien que les mesures faites avec un débitmètre Coriolis soient beaucoup plus précises qu’avec un débitmètre thermique, une forte pression amont d’un volume sous pression va causer la dissolution d’une plus grande quantité de gaz dans le liquide. La libération de ce gaz dissous sous forme de bulles lors de la détente à une pression inférieure dans le procédé entraîne une instabilité. Cette série d’articles sur les faibles débits est destinée à vous sensibiliser à tout ce que vous pouvez faire pour améliorer la configuration de votre procédé, chaque méthode ayant ses propres avantages, ses inconvénients et ses effets induits.

Quels tuyaux dois-je choisir ?

Choisissez le plus petit tuyau possible. En minimisant la longueur et le diamètre du tuyau d’alimentation de liquide entre le débitmètre et le procédé, le temps nécessaire au remplissage et au renouvellement sera aussi court que possible. La chute de pression sur les débitmètres massiques Coriolis est beaucoup plus importante que sur les débitmètres thermiques parce que le capillaire de ces derniers est environ 20 fois plus court et que son diamètre est plus large. Trouvez la solution optimale entre la perte de charge et le plus petit volume intérieur de tuyau possible. Pour les faibles débits jusqu'à 100 g/h, il est recommandé d’utiliser un tuyau d’un diamètre extérieur de 1/16 pouce (~ 1,6 mm). Pour les débits supérieurs, nous recommandons des tuyaux de 1/8 pouce (~ 3,2 mm) afin de limiter la perte de charge. Essayez d’utiliser aussi peu que possible des raccords, coudes ou connecteurs en T, car ils risquent de provoquer une accumulation de bulles d’air et une instabilité du débit. Si nécessaire, utilisez des raccords de petit volume.

conduites

Le choix de tuyaux rigides (en acier inoxydable, par exemple) ou souples dépend principalement de la pression d’utilisation. Il est rare que des tuyaux souples soient utilisés à haute pression. Pour les débits inférieurs à 2 g/h, l’utilisation de tuyaux rigides est fortement recommandée parce qu’elle permet de prévenir les changements de volume interne et perturber la mesure. Pour les débitmètres avec capillaires en hastelloy, nous recommandons d’utiliser des tuyaux en hastelloy. Du polyétheréthercétone, ou PEEK, est de préférence appliqué pour les liquides agressifs qui attaquent l’acier inoxydable.

Se prémunir des coups de bélier en évitant les changements soudains de diamètres des tuyaux

Le coup de bélier est un phénomène qui nécessite une attention particulière. Vous le connaissez déjà de par vos toilettes ou votre lave-vaisselle à la maison : il s’agit du choc hydraulique qui se produit lorsqu’un liquide en mouvement est soudainement forcé à s’arrêter ou à changer de direction. Il en résulte alors des variations de pression nettement supérieures aux valeurs de pression (statique) pour lesquelles un système a généralement été dimensionné.

Préservez-vous des coups de bélier en évitant les changements soudains de diamètre d’un tuyau à l’autre, en installant un petit amortisseur de pulsations (lorsqu’une colonne de gaz isolée avec une membrane a un effet d'amortissement), en augmentant progressivement une pression appliquée ou en évitant de faire fonctionner une pompe alors qu’une vanne est fermée.

Comment gérer les vibrations ?

Les vibrations d’une pompe ou d’un autre équipement environnant peuvent avoir un impact négatif sur les performances des débitmètres massiques Coriolis. En effet, le principe de fonctionnement des instruments Coriolis repose sur les vibrations. Il convient donc de s’assurer que les pompes et autres machines environnantes vibrent à des fréquences différentes de celle du débitmètre Coriolis. Afin d’empêcher ces vibrations extérieures d’atteindre le débitmètre Coriolis, vous pouvez utiliser un tuyau en PEEK (légèrement flexible), ou le débitmètre/régulateur de débit peut être dissocié mécaniquement en faisant faire une boucle au tuyau rigide (« lyre en cor de chasse »). Pour les instruments Coriolis, Bronkhorst dispose de blocs massiques de 2 kg et 4 kg avec amortisseurs de vibrations, des éléments tampons supplémentaires pour absorber les vibrations.

bloc massique mini-coriflow

Bloc massique pour débitmètres Coriolis

Lisez notre article : Que faire en cas de vibrations lors de l'utilisation de débitmètres massiques Coriolis

Et concernant l’étalonnage ?

Nous vous recommandons d’étalonner les débitmètres thermiques tels que les appareils μ-FLOW et LIQUI-FLOW une fois par an. Pour les appareils Coriolis comme le mini CORI-FLOW ML120, aucun étalonnage n’est nécessaire, car leur principe de mesure est moins sensible au vieillissement. Dans certains secteurs (automobile, pharmacie et alimentation, par exemple), un étalonnage régulier est toutefois exigé par la législation ou par la normalisation. Dans ces secteurs, il est d’une importance vitale que les appareils de mesure indiquent des valeurs exactes. À des fins d’étalonnage, il peut être utile d’appliquer des tuyaux flexibles transparents, en Téflon, par exemple, afin de pouvoir détecter visuellement toute bulle de gaz présente dans le liquide d’étalonnage.

Centre d'étalonnage Bronkhorst

Centre d'étalonnage Bronkhorst

Utilisez des filtres à particules pour éviter tout encrassement

Afin d’empêcher les tuyaux et capillaires de débitmètres de petit diamètre de s’encrasser, ou de prévenir les dommages des vannes de régulation piézoélectriques, il est recommandé d’intégrer en amont un ou plusieurs filtres à particules. Cette démarche est importante en cas d’utilisation de capteur à petit diamètre et de vannes de régulation pour les débits les plus faibles. Les pores du filtre doivent être au moins dix fois plus petits que le capillaire de mesure, orifice ou restriction de régulation dans le système et, en amont d’une vanne de commande piézoélectrique, la taille recommandée pour les pores est de 5 microns. Une grande surface de filtre peut compenser une perte de charge importante causée par la petite taille des pores.

Plus d'information sur les filtres de Bronkhorst

Vous souhaitez en savoir plus ?

Cet article est la dernière partie des 5 articles de blog de cette série. Consultez les parties précédentes :

Vous avez des questions concernant les faibles débits ? Contactez notre équipe.

Série d’articles de blog : Comment traiter les faibles débits de liquide ? Partie 2/5

Dans la seconde partie d'articles "Comment gérer un faible débit de liquide", nous partageons des conseils dans le choix d’un débitmètre pour optimiser la stabilité et les performances de votre procédé.

Allard OVERMEEN
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2ème partie : Conseils pour la sélection du débitmètre.

Comme vous vous en souvenez peut-être après avoir lu la première partie de cette série d’articles de blog, pour des débits de liquide (ultra) faibles, de minuscules perturbations dans le procédé ou les conditions ambiantes peuvent avoir un impact important sur la stabilité du débit. Ce deuxième article vise à aider les utilisateurs à optimiser la stabilité et les performances de leur système à faible débit de liquide grâce à des conseils et à des recommandations sur le dimensionnement, le choix des matériaux et les meilleures procédures à suivre, conseils fondés sur des années d’expérience et recueillis par Bronkhorst High-Tech.

Bien entendu, au cœur du système fluidique à faible débit se trouve un débitmètre/régulateur de débit pour liquide. Le choix du type d’instrument le mieux adapté à l’application à faible débit dépend en grande partie des exigences de précision et de stabilité. Toutefois, les conditions ambiantes ou les conditions de milieu difficiles à maîtriser peuvent également jouer un rôle important dans le choix de la meilleure solution.

Quand faut-il choisir un débitmètre ou un régulateur thermique ou Coriolis ?

Au sein de la gamme de produits Bronkhorst, certains appareils de débit thermiques et Coriolis sont particulièrement adaptés aux applications de débit de liquide (ultra) faible. Les différents principes de fonctionnement des appareils thermiques et Coriolis les rendent spécifiquement adaptés à différentes applications, exigences et conditions. Dans les appareils de débit massique basés sur le principe thermique, une différence de température constante est créée entre deux positions le long d’un tube (capillaire). Lorsque le liquide circule dans ce tube, l’énergie nécessaire pour maintenir cette différence de température est proportionnelle au débit massique. Pour en savoir plus, consultez notre page sur le principe de fonctionnement de la mesure du débit massique thermique

Avec les appareils Coriolis, l’écoulement du liquide dans un tube de petit diamètre soumis à une vibration extérieure, provoque un déphasage mécanique. Celui-ci est une mesure directe du débit massique dans le tube. De plus, le changement de fréquence de vibration du tube (rempli) qui en résulte est proportionnel à la densité du fluide. Pour en savoir plus, consultez notre page sur le principe de mesure du débit massique Coriolis

D’une manière générale, un débitmètre/régulateur Coriolis…

  • fonctionne très bien dans les situations où la précision absolue et la stabilité du débit sont essentielles
  • a une stabilité à long terme et une sensibilité thermique négligeable
  • est un bon choix lorsque la densité du fluide doit être mesurée ou surveillée, en plus du débit
  • peut être utilisé pour des mélanges de liquides aux propriétés inconnues (c’est-à-dire qu’il est indépendant des propriétés physiques et thermiques du fluide)
  • est quelque peu sensible aux vibrations autour de la fréquence de résonance, ce qui peut nécessiter l’utilisation de mesures d’amortissement des interfaces mécaniques : raccord tuyauterie, fixations.

Débitmètres Coriolis ML120

D’autre part, un débitmètre/régulateur thermique…

  • est un choix plus économique si les liquides traités et les températures (ambiantes) sont stables et répartis de manière uniforme
  • fonctionne bien lorsque la reproductibilité est plus essentielle que la justesse
  • exige de connaître la densité, la viscosité, la conductivité thermique et la capacité thermique du liquide
  • provoque généralement une perte de charge relativement faible, ce qui peut contribuer à maintenir la stabilité du débit si le liquide contient une quantité considérable de gaz dissous car il n’y a pas de dégazage provoqué par la baisse de pression.

Débitmmètre massique thermique pour liquide

Conseils et astuces

Compte tenu des informations ci-dessus, voici quelques conseils à suivre en ce qui concerne les faibles débits de liquide :

Conseil 1 - Choisissez un débitmètre ou un régulateur adapté au procédé et aux conditions ambiantes.

Le site web de Bronkhorst propose un outil de sélection de produits pour vous aider à choisir le bon débitmètre ou le régulateur pour les faibles débits de liquide en fonction de paramètres d’entrée tels que le débit (massique ou volumétrique) maximum, la pression de fonctionnement et la température de fonctionnement. Les appareils basés sur le principe thermique μ-FLOW et LIQUI-FLOW peuvent traiter des liquides respectivement de 5 … 100 mg/h et de 0,25 à 5 g/h dans la plage la plus basse. Les débitmètres massiques Coriolis mini CORI-FLOW ML120 ont une échelle maximale de 200 g/h mais elle peut être facilement ramenée à une échelle minimale de 5 g/h , avec la même précision relative. Leur débit minimum est de 50 mg/h.

Conseil 2 - Fournissez une pression (d’entrée) stable au système de fluide.

Pour que le faible débit de liquide soit stable, il est indispensable que la pression d’entrée d’un régulateur de débit soit très stable. Deux méthodes sont courantes pour y parvenir : utiliser une cuve sous pression dans laquelle du gaz est utilisé pour pressuriser le liquide ou utiliser une pompe. Nous apporterons des précisions à ce sujet dans les 3ème et 4ème parties de cette série d’articles de blog.

Débitmètre à ultrasons

Conseil 3 - Dans le cas d’une cuve sous pression, minimisez le confinement et donc la dissolution du gaz dans le liquide à traiter.

Les bulles d’air ou d’autres gaz dissous dans le liquide se déplaçant le long de la tuyauterie, ont un effet négatif sur la stabilité du débit. Pour éviter cela :

  • Si du gaz est utilisé pour pressuriser le liquide, empêchez le gaz d’entrer en contact direct avec le liquide en utilisant une membrane.
  • Vous pouvez aussi utiliser un gaz peu soluble comme l’hélium ou l’azote pour pressuriser le liquide lorsque le gaz doit entrer en contact direct avec celui-ci. Appliquez la pression la plus basse possible au liquide et maintenez les pertes de charge aussi faibles que possible tout au long de l’écoulement du liquide. Cela dépend évidemment de la pression de fonctionnement de l’application. En dernier recours, utilisez un dégazeur (voir 3ème partie) pour éliminer le gaz du liquide.

Conseil 4 - Choisissez une vanne piézoélectrique pour contrôler avec précision les faibles débits de liquide.

Le temps de réponse rapide, le faible volume interne et la faible génération de chaleur des vannes piézoélectriques sont particulièrement intéressants lorsque l’on utilise du gaz pour pressuriser le liquide. Pour une pression de fonctionnement supérieure à 5 bars, les électrovannes sont une alternative nécessaire. Il est préférable d’installer la partie capteur du régulateur de débit entre la vanne et le procédé.

Conseil 5 - Maintenez le volume interne le plus faible possible entre le débitmètre et le procédé

Cela permet de minimiser les temps de remplissage, de limiter le temps d’établissement et les perturbations extérieures. À cette fin :

  • Faites en sorte que les tuyaux du système de débit soient aussi courts que possible et choisissez des tuyaux de petit diamètre.
  • Utilisez des tubes rigides, en acier inoxydable par exemple, plutôt que des tubes souples.
  • Évitez les « volumes morts » dans les coudes et les vannes où des bulles d’air peuvent être piégées. Les appareils μ-FLOW et ML120 contiennent chacun un capillaire continu avec un volume mort limité.

Conseil 6 - Désaérez le système avant de l’utiliser.

C’est particulièrement important pour les montages en châssis. Connectez d’abord tous les instruments, puis purger les gaz résiduels avant de commencer à réguler ou à mesurer. Pour cela, les montages de Bronkhorst contiennent une purge.

Dans les prochaines parties de cette série d’articles de blog, nous nous concentrerons sur les alimentations en liquide à faible débit à l’aide d’une cuve sous pression ou d’une pompe et nous donnerons plus de précisions sur la manière de gérer les conditions externes. Après tout, il est important de choisir un bon débitmètre, mais il est tout aussi essentiel de savoir de quelle façon ce choix impacte le procédé de l’application.

Skid solution de dosage pour les panneaux photovoltaïques

Ne manquez pas la troisième partie !

Comme indiqué dans cet article, une pression d’entrée très stable dans un débitmètre est nécessaire pour obtenir un faible débit de liquide stable. Dans la troisième partie, nous partageons des conseils sur la manière de fournir une pression d’entrée stable au système liquide. Lisez notre article :

Lisez le précédent article de cette série :

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Série d'articles de blog : Comment traiter les faibles débits de liquide ? Partie 1/5

Comment traiter les faibles débits de liquide ? Quelle différence entre faible débit et débit élevé ? Nous vous disons tout sur les faibles débits sur notre blog.

Ron Tietge
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1ère partie - Que sont les faibles débits de liquide ?

Qu’ont en commun les microréacteurs, la recherche sur les catalyseurs et le dosage d’odorants ? Eh bien, ils nécessitent tous l’utilisation de faibles débits de liquide. Dans le monde de la régulation et de la mesure de débits, nous pouvons identifier des « faibles débits » et des « forts débits ». Mais qu’est-ce que cela signifie réellement ? Bronkhorst High-Tech est un fournisseur reconnu de débitmètres et régulateurs de débit dans la gamme des « faibles débits ». Il est temps donc d’expliquer de quoi nous parlons lorsque nous parlons de « faible débit de liquide ».

À cet effet, nous avons préparé une série d'articles de blog avec des recommandations pour le traitement des faibles débits de liquide. Outre la définition du faible débit et des conseils pour la sélection du débitmètre, vous trouverez dans ces articles des conseils sur les configurations des systèmes, les interfaces de communication et les systèmes d’alimentation de liquide. Étant donné que les utilisations du débit et les conditions de procédé chez divers clients sont rarement les mêmes, il n’existe pas de solution unique disponible pour tous les cas. Ceci requiert une certaine connaissance et compréhension de l’application du client pour donner le meilleur conseil.

Que sont les (ultra-)faibles débits de liquide ?

La définition de « faible » est arbitraire et elle dépend du champ d’activité. Dans l’industrie du vrac, des débits largement inférieurs à 500 kg/h sont considérés comme faible débit, alors que dans le domaine de la recherche, ce terme est attribué à des débits qui sont inférieurs à 100 grammes par heure. Les articles de blog suivants se concentrent sur la manipulation (mesurer aussi bien que réguler) de débits de liquide jusqu’à 100 g/h. De plus, nous mettons l’accent sur les ultra-faibles débits, que nous définissons dans la plage < 5 g/h.

Pour vous faire une idée du sujet, imaginez une goutte d’eau. Avec un diamètre type d’un demi-centimètre, 100 grammes par heure est équivalent à environ 2000 gouttes d'eau par heure, assez faible en effet. Et 100 gouttes correspondent à 5 grammes, à doser dans notre heure.

Des instruments précis pour la mesure et la régulation de faibles débits de liquide ont prouvé leur utilité dans un large éventail d’applications. Par exemple :

  • L’approvisionnement de 100 g/h d’huile de perçage en tant qu’agent lubrifiant est surveillé durant le perçage de trous dans la fabrication de pièces de fuselage d’avions. Lisez la note d'application : Lubricant dosing in airplane manufacturing.

dosage lubrifiant fuselage

  • Un débit d’éthanol liquide ultra-faible de 2 g/h est évaporé en vue de générer un débit stable de vapeur d’éthanol en tant que source de carbone, dans la R&D pour la production de graphène de haute qualité. Lisez la note d'application Research high-quality graphene production.
  • Dans l’étude de catalyse haute pression, des faibles débits liquides de composés d’hydrocarbure doivent être dosés en tant que débit stable sans pulsation. Lisez la note d'application : Catalysis at high pressure.
  • Les laboratoires sur puce ( Lab on chip) et autres dispositifs microfluidiques dans les domaines pharmaceutiques et biotechnologiques, réduisent fortement la quantité de produits chimiques et la durée des expériences nécessaires, comparé aux moyens traditionnels. Lisez la note d'application : Flow measurement in microfluidics.
  • L’odeur typique de gaz naturel ou biogaz provient d’un « agent d’avertissement » qui a été ajouté artificiellement au gaz, injecté en quantité petite mais continue en tant qu’additif liquide. Lisez la note d'application : Controlled supply of odorant to natural gas.

faible débit liquide gaz naturel

Dans tous ces cas, la mesure ou le dosage de la quantité correcte de liquide (ni trop, ni trop peu), sont essentiels pour une bonne performance du procédé concerné.

Débit massique contre débit volumique

Dans le paragraphe précédent, le débit est exprimé en unités de masse, telles que grammes/heure ou milligrammes/seconde. Cependant, de nombreux utilisateurs pensent et travaillent en unités de volume. C’est acceptable, du moins lorsque nous parlons des mêmes conditions de référence. Consultez notre article de blog « Savez-vous pourquoi les conditions de référence pression/température des unités de mesure de débit massique gaz sont importantes ? », pour en savoir plus sur les conditions de référence.

Débit massique ou volumique

Qu'y-a-t-il de si typique concernant les faibles débits ?

Comment un faible débit de liquide de moins de 100 g/h se distingue-t-il de débits « normaux » ou élevés ? Eh bien, les applications à (ultra-)faible débit impliquent certains phénomènes qui ne sont pas observés […] avec des débits plus importants. En raison de la (très) petite quantité de liquide qui est déplacée, les (ultra-)faibles débits sont si sensibles que les perturbations les plus infimes dans les conduites du fluide, le procédé ou les conditions ambiantes, peuvent avoir un effet significatif sur la stabilité du débit. Par conséquent, l’influence des conditions externes sur la stabilité du débit est cruciale ici, ainsi que les moyens pour réguler ces conditions externes. Par exemple, même les petites fuites de gaz ou de liquides à l’intérieur ou vers l’extérieur du procédé, ont une influence considérable sur le débit de liquide prévu. De plus, vous pouvez imaginer que l’obstruction par des particules solides ou les contaminations dans les conduites de faibles débits de liquide va réduire le débit d’une manière considérable. Et particulièrement pour le dosage de faible débit de liquide, les variations de pression entraîneront des débits instables. Des variations dans la pre-pressurisation, une pulsation due à des volumes de course de piston de pompe trop importants comparé au débit, et la dissolution de gaz (air sous pression) lors de la pressurisation du liquide à doser, auront toutes pour conséquence un débit instable.

La connaissance de l’application, ainsi que des phénomènes de transport physique du procédé, est essentielle pour traiter la question complexe de la manipulation de faibles débits. L’optimisation de la stabilité du débit et des performances des systèmes de fluides, requiert une connaissance approfondie des caractéristiques des fluides et des composants des systèmes dans un large éventail de circonstances. Chaque composant utilisé dans un système fluidique peut affecter le comportement du fluide ou interagir avec d’autres composants, particulièrement lorsqu’il s’agit de faibles débits.

Solutions pour des performances optimales

Au sein de la gamme de produits Bronkhorst, les débitmètres massiques et régulateurs de débit massique à base thermique μ-FLOW et LIQUI-FLOW, ainsi que les appareils Coriolis mini CORI-FLOW ML120 et mini CORI-FLOW M12, sont particulièrement adaptés pour les applications de (ultra-)faible débit de liquide. Alors qu’un débitmètre se compose d’un capteur qui mesure uniquement le débit du fluide, un régulateur de débit massique combine un capteur avec une vanne de régulation ou une pompe afin de réguler le débit du fluide. Découvrez la « théorie du régulateur de débit massique ».

Débitmètre micro-débitRégulateur de débit liquideDébitmètre Coriolis ultre-faible débit

Les régulateurs de débit sont utilisés d’habitude pour générer un débit stable. Cependant, des performances optimales nécessitent bien plus qu’un excellent régulateur de débit. Par exemple, assurez-vous qu’il n’y ait pas de fuites dans l’installation et utilisez des tubes de faible volume. De plus, dans les conteneurs sous pression, évitez d’utiliser du gaz qui se dissout dans le liquide, ou utilisez des moyens pour éliminer ce gaz.

Ne manquez pas la 2ème partie !

Vous cherchez des conseils pratiques notamment sur la sélection du bon appareil à faible débit ? Lisez nos prochains articles !

La sélection d’une régulation de faible débit en milieu industriel : Attention, terrain glissant.

Les applications industrielles à faible débit doivent supporter un large éventail de conditions contraignantes environnementales et de procédés

Jos Abbing
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Les applications industrielles à faible débit doivent supporter un large éventail de conditions contraignantes environnementales et de procédés, mais de quoi s’agit-il lorsque nous parlons d’applications « industrielles » ? La connaissance précise de l’application et de l’installation fluidique à faible débit sont d’une grande aide pour prévenir les mauvais choix « en terrain glissant » et faire le bon choix.

Nous faisons souvent référence pour les équipements industriels à des « environnements incontrôlés », lorsque nous parlons « d’installation extérieure ». Toutefois, il peut s’agir simplement d’une pièce ou d'une usine non climatisée, dans laquelle l’équipement subit des variations de température et d’humidité comparable à l’extérieur. Qu’est-ce qui est important dans les applications à faible débit et à quel type de contraintes devez-vous faire face ? Je vais vous expliquer mon approche dans cet article de blog.

Qu’est-ce que l’indice IP ?

Je me suis rendu compte que l’indice IP n’est pas toujours interprété correctement. Le fait d’avoir l’indice IP le plus fort possible est souvent confondu avec le fait d’avoir un « dispositif très industriel ». Mais qu’est-ce qu’indique véritablement l’indice IP ? Le premier chiffre d’un indice IP fait référence uniquement à la protection contre la pénétration des solides comme les poussières, et le second chiffre fait référence à la protection contre la pénétration des liquides.

Cependant, un indice IP supérieur ne signifie pas toujours que l’instrument est meilleur et mieux adapté pour votre application. Donc, cela peut même dégrader les choses dans la pratique. La raison de cela, est le fait que même les constructions d’indice IP les plus étanches peuvent « respirer », à cause de variations de température interne et externe. Ceci peut entraîner de la condensation interne, particulièrement dans des environnements très humides, si aucune précaution supplémentaire n’est prise.

L’importance d’un équipement de faible débit adapté

Les dimensions sont souvent beaucoup plus petites et étroites dans les applications de faible débit. Cela amène une contrainte, les perturbations courantes d’un procédé et de son environnement ont un impact proportionnellement plus grand sur les capteurs de faible débit, comparé aux capteurs habituels de débit « normal ».

En général, un instrument industriel, comme un débitmètre, doit répondre à un grand nombre de contraintes externes, telles que la résistance à la corrosion, aux impacts mécaniques et aux pressions nominales. Ces exigences conduisent souvent à sélectionner des débitmètres industriels standards, plutôt que des instruments de faible débit adaptés. Il ne s'agit pas toujours de la meilleure solution métrologique pour les plages de faible débit requises, et ceci peut entraîner des résultats insatisfaisants par leur manque de précision.

Débitmètre sur site industriel

Ce que nous voulons obtenir, c’est une mesure et un contrôle de débit stable, tout au long de la vie de l’installation. Par conséquent, il est préférable de sélectionner l’instrument de débit qui encadre au mieux la plage de mesure de l’application. Ainsi pour les faibles débits, je recommande d’utiliser des instruments dédiés aux faibles débits. Ces débitmètres sont conçus et testés pour ces types d’applications.

Nos débitmètres industriels de faible débit massique peuvent être équipés de vannes de régulation intégrées ou de pompes dédiées, conçues spécialement pour les faibles débits, ce sont des régulateurs. Des caractéristiques de régulation stables sont combinées avec le rapport signal/bruit et sont proportionnellement moins sensibles aux perturbations.

Instruments industriels Bronkhorst pour faible débit

L’équipe de Bronkhorst souhaite vous accompagner dans la sélection d’équipements selon le procédé et leur environnement, y compris dans les aspects de conception de système, en commençant par la sélection du principe de mesure et de régulation les mieux adaptés. Notre portefeuille de produits de débitmètres contient des instruments de type laboratoire et de l’industriel, jusqu’aux versions industrielles très renforcées certifiées IEC-Ex/ATEX (...qui ont également un indice IP « élevé »).

Débitmètres Coriolis gamme industrielle

Piloter la régulation du faible débit de votre procédé de manière fiable et sûre !

Notre responsable de produits pour les technologies liquides, Ferdinand Luimes, explique comment faire en cas de vibrations lors de l’utilisation de débitmètres massiques Coriolis.

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Traitement anti corrosion grâce à la régulation de faible débit.

L'utilisation d'un système de régulation faible débit peut vous aider à doser des quantités précises d'inhibiteurs de corrosion. L'injection de la quantité précise d'inhibiteurs de corrosion est cruciale, il détermine l'efficacité et minimise l'impact environnemental d'un système.

Jos Abbing
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Ayant assisté à des applications industrielles extrêmes depuis de nombreuses années, j’ai pu constater à plusieurs reprises les conséquences fâcheuses de la corrosion. Les coûts globaux liés à la corrosion sont immenses : plus de 2000 milliards d’euros, selon NACE. Près de 60% est attribué au secteur industriel. L’industrie chimique, l’industrie de transformation et l’industrie pétrolière/gazière en particulier ont des coûts supérieurs à la moyenne.

Ces secteurs doivent faire face à des environnements difficiles et des conditions de procédé contraignants en production et en exploitation, y compris dans les utilités, comme les systèmes de transfert de chaleur et de transmission, distribution et stockage de gaz et liquides. La prévention ou le contrôle de la corrosion par inhibition s’avère souvent être une solution économique.

L’utilisation d’un système de régulation bas débit peut vous aider à doser de manière plus précise les quantités des inhibiteurs de corrosion. La précision est un élément crucial, elle influe fortement l’efficacité et permet de réduire l’impact environnemental d’un système d’inhibition.

Facteurs de corrosion généraux

En fait, tous les métaux ont tendance à se corroder ou à se dissoudre à un certain degré. La corrosion est un processus naturel qui transforme les métaux en une forme chimiquement plus stable. Le procédé principal et l’environnement ambiant ont un impact majeur sur les risques de corrosion, comme l’oxygène, la teneur en eau, le niveau d’acidité, la température et d’autres facteurs.

Schéma facteurs de la corrosion

En influençant les principaux facteurs, on peut arrêter ou ralentir suffisamment la corrosion et l’inhibition peut jouer un rôle important dans ce processus.

Au niveau de la conception, les solutions retenues pour la résistance à la corrosion, notamment par la sélection des matériaux les plus compatibles, l’épaisseur matérielle additionnelle et l’application de revêtements protecteurs, peuvent être initialement préférable à l’inhibition sur le plan technique. Par ailleurs, l’endommagement du métal par des particules abrasives, la fatigue ou le stress mécanique ou la cavitation peuvent entraîner des processus de corrosion qui ne peuvent pas être suffisamment maîtrisés par l’inhibition.

Cependant, la prévention ou le contrôle de la corrosion par inhibition s’avère souvent être une solution économique dans de nombreuses autres situations, en améliorant la durée de vie tout en diminuant les coûts opérationnels et l’impact environnemental. En voici quelques exemples pertinents.

Exemples de corrosion métallique

Divers facteurs et causes peuvent provoquer la corrosion :

Principe d'anode-cathode

La corrosion galvanique résulte du contact électrique de deux métaux différents. Lorsqu’ils sont exposés à un électrolyte, une migration d’ions de l’anode à la cathode engendre la libération d’électrons libres. Le métal le plus noble (cathode) est protégé et le métal plus actif (anode) a tendance à se corroder.

La corrosion électrochimique qui entraîne la libération d’électrons des éléments anodiques, est liée ou impliquée dans de nombreux autres processus de corrosion, comme la corrosion caverneuse (par crevasses) ou la corrosion par piqûres.

Un autre exemple est la corrosion chimique, souvent induite par de puissants oxydants, qui peut ne pas être accompagnée d’un courant électrique.

La corrosion biologique est causée par la présence et la croissance de micro-organismes. Leur présence directe ou le produit de corrosion causé par l’activité métabolique des organismes endommage le métal, ce qui peut également mener à une corrosion par piqûres ou crevasses.

Classement des inhibiteurs

Une substance inhibitrice sert à ralentir ou à prévenir les dommages causés par la corrosion afin de les limiter à un degré acceptable. La plupart des inhibiteurs de corrosion utilisés sont des mélanges multicomposants. D’importants exemples d’inhibiteurs (en phase liquide) sont repris ci-après.

Classement des inhibiteurs

Les inhibiteurs environnementaux ou absorbeurs contrôlent la corrosion en réduisant ou en éliminant les propriétés corrosives dans le milieu, souvent par la réduction d’oxygène.

Les inhibiteurs filmants forment un film protecteur sur le métal, l’isolant ainsi du milieu corrosif.

L’inhibiteur anodique facilite la formation d’une couche passive qui bloque le processus anodique. La concentration critique de l’inhibiteur est essentielle pour assurer l’efficacité et éviter l’accélération de la corrosion, causée par une trop haute concentration de l’inhibiteur.

L’inhibiteur cathodique diminue le degré de corrosion en réduisant la concentration en oxygène ou en augmentant la surtension de la libération d’hydrogène (poison) et en formant un précipité (dépôt) sur des zones cathodiques spécifiques (précipitateur), afin de constituer un film protecteur.

Les inhibiteurs mixtes ou organiques peuvent modérer à la fois le principe anodique et cathodique, notamment par l’adsorption, la chimisorption et la formation de film. Un processus d’adsorption (physique) est relativement rapide, mais plus facilement enlevé d’une surface, ce qui nécessite un contrôle vigilant. La chimisorption est un processus d’adsorption chimique, causé par une réaction sur une surface exposée, créant une liaison électronique entre un élément chimique et la surface adsorbée. Plus la concentration est élevée, plus la protection est grande, avec une limite maximale. En dépassant la concentration maximale, on constate souvent une accélération de la corrosion.

Permettre un contrôle plus intelligent du dosage

Un système inhibiteur de corrosion ajoutera (inhibera) des produits chimiques (bio) en basse concentration dans le processus. L’efficacité d’un système d’inhibition dépend fortement de l’injection d’une quantité correcte. La bonne quantité à injecter est également tributaire des conditions environnementales et de traitement.

Inhibiteur de corrosion Ex Zone 1 avec régulateur de débit massique Coriolis

La fraction pondérale requise du mélange traditionnel de biocides, autre substances inhibitrices, agents, surfactants et régulateurs de PH peut varier, par ex. entre 0,001 et 0,1 % du poids. Le système d’inhibition injecte une faible quantité en parties par million (PPM) pour atteindre de basses concentrations afin d’être efficace. Des systèmes de dosage continus et ponctuels sont utilisés, en fonction de la situation.

Les méthodes traditionnelles comprennent souvent des pompes à piston réglables manuellement avec clapets anti retour. La régulation du débit, par adaptation de la longueur de course, est souvent réalisée de manière empirique avec chronométrage et jauges graduées. Cette approche traditionnelle rend pratiquement impossible la compensation active des changements de conditions de traitement, comme les variations de température (causés par le jour/la nuit). Cela peut résulter en un mauvais réglage de débit, une utilisation accrue de produits chimiques, un impact environnemental plus important et provoquer un surdosage (!) de produits chimiques dans des conditions de fonctionnement normales.

Contrôle précis du débit

Un contrôle précis du débit permet des applications plus économiques avec un impact environnemental moindre. Une bonne précision et une large gamme de réglage sont obtenues à partir d’une mesure de la masse directe avec le mini Cori Flow. Le débitmètre massique peut aussi directement contrôler les vannes et pompes grâce à la carte de régulation PID intégrée et peut être optimisé avec un contrôle / commande d’automate ou un IHM augmentant à la fois la performance et la flexibilité.

Système de dosage Coriolis

Notre approche par système de dosage Coriolis, avec interface numérique, permet d’avoir la surveillance, le contrôle et l’historique des taux d’injection en temps réel. Il est ainsi possible de vérifier en ligne les débits et de régler instantanément la consigne requise. La gestion du parc des équipements et l’entretien préventif sont assistés par plusieurs diagnostics actifs, comme des alertes de statut intégrées, un suivi du sens du fluide, une alerte de changement de densité, une totalisation monopoint ou multipoints pour le calcul des coûts, une alarme de réservoir vide et un programme de protection de la pompe.

Bronkhorst donne régulièrement son support à des applications sur le terrain et à des projets de recherche R&D avec un savoir-faire étendu en matière de traitement de fluides à bas débit. Nous soutenons avec conviction les recherches en cours pour des solutions encore plus respectueuses de l’environnement, comme les inhibiteurs à base d’éléments biodégradables.

Les inhibiteurs de corrosion sont aussi utilisés dans d’autres types d’industrie, comme dans les services de distribution d’eau. Consultez notre article sur l’ajout de phosphates à l’eau potable comme inhibiteurs de corrosion afin d’éviter le lessivage du plomb et du cuivre dans les tuyauteries : mass flow meter to enhance water processing for securing the public health

Les régulateurs de débit massiques Coriolis de Bronkhorst peuvent être la solution idéale pour inhiber la corrosion. Consultez notre ligne de produits Coriolis.

Comment mesurer de faibles débits de liquides par ultrasons ?

Un débitmètre à ultrasons a été spécialement conçu pour offrir une nouvelle solution de mesure des faibles débits de liquides < 1500 ml/min.

Erwin Eekelder
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De plus en plus d'acteurs dans le génie des procédés vont vers des solutions à faibles débits. Dans le secteur de la chimie, pharmaceutique & de l'alimentaire en particulier, la tendance est de s’orienter vers une fabrication en continu, la diminution des déchets, la réduction des temps d'arrêts et plus de flexibilité. Dans ces domaines, l’offre des débitmètres à ultrasons pour liquides est large pour les conduites de grandes dimensions (1” ou plus), mais il est beaucoup plus difficile de trouver des solutions pour les petits diamètres. Les débitmètres à ultrasons conventionnels emploient soit l'effet Doppler, soit la mesure par temps de transit. Ces techniques conviennent dans la pratique pour les grands diamètres de tuyauteries.

Mais qu'en est-il des débitmètres à ultrasons pour des débits inférieurs à 1500 ml/min voire 200 ml/min ?

Du fait de la complexité de la physique et de la technologie, il n'existe pas beaucoup de principes de mesure dans ces gammes de débit précis, notamment les débitmètres à ultrasons. Par conséquent, le grand défi consistait à trouver une solution pour utiliser les ultrasons dans des tubes avec de très petits diamètres. En collaboration étroite avec la TNO (Organisation néerlandaise de recherche scientifique appliquée), Bronkhorst® a réussi à développer un instrument innovant utilisant la Technologie par Ondes Ultrasoniques. Cette technologie est appliquée dans la nouvelle série ES-FLOW™ pour mesurer des débits volumiques de liquides entre 4 et 1500 ml/min quelle que soit la densité, la température et la viscosité du liquide avec une précision de 1% de la mesure ± 1 ml/min.

Comment fonctionne la Technologie par Ondes Ultrasoniques ?

L’ES-FLOW™ repose sur cette technologie. La mesure du débit par ultrasons est effectuée dans un tube en acier inoxydable droit avec un diamètre intérieur de 1,3 mm, sans obstacles ni volumes morts. Plusieurs disques transducteurs sont présents sur la surface extérieure du tube capteur et créent des ondes ultrasoniques par oscillation radiale. Chaque transducteur peut émettre et recevoir et par conséquent tous les trains d’ondes aval et amont sont enregistrés et traités. On calcule la vitesse du débit et du son en mesurant précisément le retard de temps entre les enregistrements (plage de nanosecondes). En connaissant ces paramètres et la section transversale exacte du tube, l’ES-FLOW™ est capable de mesurer les débits volumiques du liquide. Ce qui distingue ce débitmètre pour faibles débits, c'est qu'il est capable de mesurer la vitesse réelle du son, ce qui signifie que la technologie est indépendante du liquide et que l'étalonnage par fluide n'est pas nécessaire. En outre, la vitesse du son mesurée est un indicateur du type de fluide présent dans le débitmètre.

Disques capteur ultrasons Es-Flow

Voici quatre raisons d'utiliser le débitmètre à ultrasons ES-FLOW™ :

  • Un seul capteur pour des liquides multiples.

    De nombreuses entreprises ont des conditions variables de procédé et utilisent différents liquides comme des additifs ou des solvants. Étant donné que la technologie ES-FLOW™ est indépendante du fluide, il n'est pas nécessaire d'effectuer un réétalonnage à chaque changement de fluide. Les liquides non-conducteurs comme l’eau déminéralisée peuvent également être mesurés.

  • Facile à nettoyer et risque d'encrassement réduit.

    Les processus de nettoyage prennent souvent du temps. Grâce à la conception de tube capteur droit sans volume mort, les particules ont moins de risque d'encrasser l'instrument. Le nettoyage peut être réalisé en quelques minutes et par conséquent, les temps d'arrêt seront limités.

  • Insensible aux vibrations.

    La mesure par ultrasons n'est pas sensible aux vibrations car elle ne repose ni sur les fréquences, ni sur les rotations. Le fait que le débit soit laminaire ou turbulent n'a pas d'importance non plus.

  • Régulateur PID intégré et réponse rapide.

    La carte de régulation PID intégrée peut être utilisée pour piloter une vanne ou une pompe de régulation, ce qui permet aux utilisateurs d'établir une boucle de commande compacte complète avec un temps de réponse rapide.

Découvrez les autres avantages et les spécifications techniques du débitmètre à ultrasons ES-FLOW :

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Vous êtes intéressé par ce que la technologie des ondes ultrasons peut faire dans les applications où l'ajout des arômes est important ? Lisez notre article : Utilisation de la technologie des ondes ultrasons pour l'ajout des arômes de vos bonbons