Les débitmètres régulateurs massiques pour le contrôle qualité des appareils respiratoires

Bronkhorst contribue à mettre au point une technologie fiable avec l’utilisation des régulateurs de débit massique dans la réalisation d’un simulateur métabolique qui peut être utilisé pour étalonner des appareils de capacité respiratoire.

Johan van ‘t Leven
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En 2018, je me suis rendu dans les locaux d'une société spécialisée dans le développement et la conception de solutions d'appareillage médical. J’ai pu m’entretenir avec les deux directeurs Ivar Donker et Henk van Middendorp sur les activités de Relitech dans l’industrie médicale et de leur simulateur métabolique. Leur enthousiasme et leur dévouement à l’égard de leur travail m’ont amené à mieux comprendre leurs objectifs et l’importance d’une société comme Relitech.

Test exercice cardiopulmonaire

Simulateur métabolique : un contrôle de qualité pour les instruments de mesure de capacité respiratoire

Il existe de nombreux instruments de capacité respiratoire utilisés dans le mondes, tels que des appareils de spirométrie et d'ergospirométrie. Pour que ces instruments de mesure de capacité respiratoire continuent d’offrir des performances élevées, ils doivent être étalonnés afin de répondre aussi aux exigences des règlementations légales. Actuellement, le contrôle de qualité de tels dispositifs est limité en raison du fait que chaque capteur (O2, CO2 et débit) est calibré / étalonné séparément, sans tenir compte de l’interaction dynamique critique entre chacun des capteurs. Relitech a donc imaginé une solution de terrain pour ses clients en mettant au point ce simulateur métabolique.

Le simulateur métabolique est un dispositif complètement mobile, ce qui permet de le transporter facilement et de faire les tests sur site. Sur site, l'appareil mélange deux gaz purs, N2 et CO2, et génère des profils respiratoires en temps réel. Grâce à sa conception intelligente, différents profils respiratoires humains peuvent être simulés avec précision, ce qui permet d'obtenir des capnographes ressemblant étroitement à ceux réels des patients testés

Simulateur métabolique

L'utilisation de régulateur de débit massique thermique

Le simulateur produit un mélange massique d’azote pure et de dioxyde de carbone à l’aide de deux régulateurs de débit massique thermique Bronkhorst. Le mélange de ces deux gaz permet de reproduire des profils d’échange de gaz respiratoire en temps réel et quasiment identiques aux profils respiratoires humains. Il en résulte ce que l’on appelle des capnographes, lesquels ressemblent à ceux des athlètes, par exemple. Les valeurs de capnographe sont visibles sur l’écran d'affichage du simulateur métabolique. La valeur V’CO2 représente la quantité expirée de dioxyde de carbone, et la valeur V’O2 correspond à la quantité d’oxygène inspirée. BF est simplement l’abréviation pour « breathing frequency » (fréquence respiratoire).

« L’utilisation de régulateurs de débit massique n’a rien d'innovant pour moi », explique Van Middendorp. « Je participais déjà à la conception de systèmes de fonction pulmonaire bien avant de rejoindre Relitech en 2002 ».

« Lorsque nous avons commencé à développer le simulateur métabolique chez Relitech, nous étions à la recherche de régulateurs de débit massique compacts et extrêmement précis. C’est là que mon chemin a croisé celui de Bronkhorst. C’est en partie grâce à l’utilisation de ces régulateurs de débit thermiques compacts que nous sommes parvenus à mettre au point un modèle de simulateur d'encombrement réduit ».

Relitech, une technologie fiable

C’est avec passion et dévouement que Relitech met au point des technologies fiables en se concentrant sur les composants électroniques, les logiciels et les logiciels embarqués. Outre leur expertise en matière de technologie de mesure, leur principale compétence est dans le domaine médical, avec des applications telles que la mesure des capacités pulmonaires, l’anesthésie et l’hyperthermie. Pour ces produits et services, la société est certifiée ISO13485. En collaborant étroitement avec divers universités, instituts académiques, multinationales et petites entreprises, Relitech s’est constitué un large réseau de clients très diversifié.

Directeurs Relitech

Le rôle de Bronkhorst

Grâce à notre expertise en matière de débitmètres et de régulateurs massiques précis et fiables pour les liquides et les gaz, nous travaillons en étroite collaboration avec des entreprises du secteur de la haute technologie et avec des universités techniques pour développer des solutions qui vous aideront à optimiser la mesure et la régulation des fluides de votre procédé.

Découvrez les exemples d’application de contrôle de qualité pour les appareils respiratoires.

Vous souhaitez en savoir plus sur les applications médicales ? Contactez-nous.

Comment les compteurs / débitmètres massiques peuvent aider les hôpitaux dans la gestion des dépenses de gaz médicaux ?

Bronkhorst et son client ont réalisé une solution avec des régulateurs de débit massique qui a permis à l’hôpital de disposer d'un enregistrement continu des données en temps réel et d'une alarme à distance si l'alimentation en gaz passait en état de débit faible.

James Walton
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Dans le milieu médical, la pression sur les budgets et la responsabilité financière est de plus en plus forte, et le secteur a tendance à se pencher à nouveau sur la manière dont les ressources sont utilisées et dans quels domaines des économies peuvent être réalisées.

L'une des dépenses les plus importantes dans la plupart des établissements de santé est le coût d'achat ou de production des différents fluides médicaux nécessaires, tels que l'air médical, l'azote, l'oxygène et le protoxyde d’azote. Souvent, l'utilisation et la consommation de ces gaz ne sont ni mesurées ni contrôlées ou, lorsqu'elles le sont, il s'agit souvent d'une estimation sommaire, inexacte et enregistrée uniquement au stylo et sur du papier.

La plupart des hôpitaux se basent sur la vitesse de la dépressurisation des bouteilles (dans lesquelles le gaz est fourni) pour déterminer le débit et la quantité de gaz utilisé. Cette méthode pose bien sûr de nombreux problèmes, tels que :

  1. La quantité de molécules de gaz dans des bouteilles de taille différentes varient considérablement
  2. La consommation totale de gaz et les pics de consommation ne peuvent pas être déterminées avec précision
  3. Les fuites peuvent passer inaperçues
  4. Il est impossible de déterminer la consommation spécifique au point d'utilisation

Il est donc très difficile de gérer l'ensemble des coûts et d'affecter une facturation individualisée à chaque service et section.

Un de nos clients spécialisé dans la conception, l'installation et la maintenance de systèmes de gaz a été sollicité pour installer le réseau de gaz médicaux dans un nouvel hôpital. Une demande a été faite à Bronkhorst pour la fourniture de compteurs de gaz qui pourraient ensuite être reliés à un réseau de communication numérique relié au système de gestion technique du bâtiment GTB ou gestion technique centralisée GTC.

Compteur débitmètre massique gaz

Des compteurs / débitmètres massiques thermiques avec afficheur multifonctions intégré ont été proposés pour répondre aux exigences de précision et de fiabilité des exploitants. Grâce à la mesure directe du débit (technologie CTA - Constant Temperature Anemometry/ anémométrie à température constante), ces instruments de mesure du débit massique thermique offrent les avantages supplémentaires suivants : aucun risque de colmatage, aucune usure car il n'y a pas de pièces mobiles, une restriction minimale du flux de gaz et donc une très faible perte de charge, le tout basé sur le fait que le passage du gaz dans le corps de l'instrument se fait sur une manchette de section droite.

En plus d’un afficheur local intégré, une interface de sortie Modbus est aussi disponible pour assurer l'intégration avec le système de gestion techniques du bâtiment GTB / GTC. L'utilisateur final disposait ainsi d'un enregistrement continu des données en temps réel et d'une alarme à distance si l'alimentation en gaz passait en état de débit faible ou élevé pour un événement donné. Comme organe de sécurité, l'instrument donne 2 informations paramétrables : d’une part le comptage du débit consommé et d'autre part l’alarme sur seuils réglables de débit min/max.

L'installation des instruments de débit massique pour cette application hospitalière a apporté les avantages suivants au client :

1) Sur les réseaux primaires :

  • Facturation séparée pour les hôpitaux/cliniques/laboratoires partageant la même source de gaz médical
  • Suivi et acquisition de données sur la consommation instantanée et totalisée
  • Détection des fuites dans les conduites de gaz, les évents de sécurité et les sources de gaz médical en l’absence d’utilisation volontaire

2) Sur les réseaux secondaires :

  • Facturation indépendante de la consommation de gaz entre les départements des établissements de santé
  • Détection de la surconsommation
  • Suivi et acquisition de données sur la consommation
  • Détection des fuites dans les conduites de gaz

Depuis d’autres installations dans toute l’Europe ont suivi la tendance d’une responsabilisation accrue des exploitants en installant un débitmètre massique pour la livraison du gaz à l'arrivée, en obtenant un relevé du comptage total et en le croisant avec la facture de la livraison. Cela peut être utile en cas d'erreurs ou de fautes de frappe involontaires lors de l'établissement d'une facture de livraison en vrac.

  • Regardez notre vidéo qui montre le principe de fonctionnement de nos régulateurs de débit massique thermique de la série Mass-Stream

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Régulation du débit en catalyse à haute pression

Emploi d’un débitmètre massique Coriolis pour réguler une pompe HPLC WAdose pour la régulation du débit en catalyse à haute pression.

Yann Le Guenniou
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Dans cet article, j’aimerais partager une application de l'un de nos clients, un organisme de recherche en énergie, qui étudie une réaction chimique catalysée d’un mélange de composés hydrocarbonés. Le principal défi réside dans le fait qu'il s'agit d'une application à haute température et à haute pression. Fort heureusement, nous avons pu proposer à notre client une solution appropriée : un débitmètre massique Coriolis couplé à une pompe à haute pression.

Que sont les catalyseurs ?

Les catalyseurs servent à accélérer une réaction chimique sans se consumer réellement. Une petite quantité de catalyseur est donc suffisante pour obtenir une grande quantité de produits de réaction.

Les catalyseurs solides sont souvent de petites particules très poreuses, présentant une surface interne importante dans un volume réduit. Cette surface interne contient des sites actifs sur lesquels la réaction se produit. Les produits chimiques gazeux ou liquides se diffusent dans les pores de ces particules et réagissent sur les sites à activité catalytique ; les produits de la réaction se diffusent à partir de la particule. Souvent, ces réactions se produisent dans des conditions de procédés extrêmes.

Quel type de débitmètre liquide a été utilisé pour cette application ?

Une solution simple et fiable a dû être trouvée pour injecter un débit de liquide à haute pression. Cette injection doit avoir lieu à une pression comprise entre 30 et 60 bars et doit produire un débit stable sans pulsation. En outre, le débit de liquide doit être régulé avec précision et, au cours de la réaction, la quantité de liquide réellement injectée doit être connue. Pour cela, un système de débitmètre massique pour liquide et une pompe à haute pression constitue une bonne solution.

Débitmètre massique pour liquide couplé à une pompe à haute pression

La solution se compose d’un débitmètre massique Coriolis qui contrôle une pompe à piston HPLC du côté entrée du réacteur et d’un régulateur de pression amont à fonctionnement autonome du côté sortie. Le débitmètre massique Coriolis testé (mini CORI-FLOW ML120) s’est avéré être un débitmètre massique très stable et précis. La pompe HPLC WADOSE donne un débit très stable sans pulsation. La combinaison d’une pompe HPLC et d’un débitmètre massique fonctionne comme un régulateur de débit massique. Dans ce cas, une vanne de régulation du débitmètre massique Coriolis n’est pas nécessaire, car la pompe sert d’actionneur directement.

schéma catalyse à haute pression

La pompe peut gérer une viscosité liquide de 40 mPa.s max. en amont. La température de fonctionnement maximale est de 70 °C. La température du four qui contient le tube du réacteur comportant les petites particules de catalyseur est bien plus élevée. La pression à la sortie du tube du réacteur doit être maintenue à une valeur élevée. En sortie de procédé, se trouvent un collecteur froid pour condenser la vapeur d’eau ou de l’huile, un régulateur de pression déverseur avec une vanne de régulation qui peut supporter des différences de pression allant jusqu’à 400 bars et un échappement en pression atmosphérique.

Le régulateur de pression peut gérer le gaz et le liquide avec un débit régulé très stable. En particulier à de très faibles débits, ce régulateur de pression a de bien meilleures performances de régulation qu’un déverseur mécanique. L’échappement sert à retirer le gaz qui a été produit lors de la réaction.

La pompe HPLC présente trois modes de régulation : pression, volumétrique (seule la vitesse du piston est régulée) et le débit massique. Ce dernier est une fonctionnalité spéciale qui peut être proposée et s'avère être pratique du point de vue d’un chimiste. Comme le débit massique peut être régulé directement, le nombre exact de moles injectés dans le procédé est connu.

Débitmètre Coriolis Mini-Coriflow et pompe haute pression

Le contrôle et la surveillance interviennent via l’interface numérique. Pour le débitmètre Coriolis, la mesure, la valeur de consigne du débit massique, la densité, la température et la valeur de compteur sont visibles via son interface numérique unique.

Une commande récente de trois pompes supplémentaires est la preuve de l’intérêt de cette configuration pour les utilisateurs. Consulter la note d’application pour de plus amples détails.

Les 24 et 25 juin 2020, nous serons ravis de vous accueillir au Salon de l'Analyse Industrielle Pour nous rencontrer, demandez dès maintenant votre badge visiteur gratuit !

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Quelle est la différence entre le débit laminaire et le débit turbulent ?

Dans cet article, parlons des débitmètres massiques thermiques avec un capteur à by-pass et l’effet que le débit turbulent a sur ces débitmètres.

Allard OVERMEEN
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Les instruments de mesure du débit thermique fonctionnent mieux avec un débit laminaire, du moins si l’on considère les débitmètres massiques et les régulateurs de débit massique thermiques équipés d'un capteur by-pass. Pour effectuer une mesure précise avec cet instrument de débit, le débit laminaire est privilégié.

Toutefois, dans la pratique, vous rencontrerez un débit turbulent assez souvent. Un débit turbulent peut être causé par des restrictions dans une installation, comme des vannes ou des adaptateurs, en combinaison avec une haute vélocité du fluide utilisé. Cet effet est connu sous le nom de turbulence. Un débit turbulent peut affecter la précision de votre mesure, chose que vous préféreriez éviter.

Comment empêcher cet effet de turbulence ? Commençons par expliquer ce qu’est un débit turbulent :

« La turbulence est un sujet dangereux, qui est souvent à l’origine de débats houleux lors de réunions scientifiques en la matière, car elle représente des points de vue très différents, tous ayant en commun la complexité et l’incapacité à résoudre le problème. » Marcel Lesieur, 1987

Débit turbulent versus débit laminaire

D’une manière générale, on peut dire qu'il existe deux types de débit : le débit laminaire et le débit turbulent. La photo 1 permet de visualiser un débit laminaire dans le cadre d’une expérience avec de l’encre dans un tube cylindrique. L’encre a été injectée dans le centre d’un tube en verre dans lequel s’écoule de l’eau. Lorsque la vitesse de l’eau est faible, l’encre ne se mélange pas avec l’eau, les lignes d’écoulement sont parallèles; c’est ce que l’on appelle un débit laminaire.

Si la vitesse de l’eau augmente, un changement soudain surviendra à une certaine vitesse. Le débit se perturbe complètement, et l’eau se mélange de manière homogène avec l’encre. Les lignes d’écoulement sont chaotiques au lieu de linéaires, c’est ce que l’on appelle un débit turbulent.

Ecoulement turbulent et laminaire

L'importance du nombre Reynolds (Re)

En théorie, le type de débit dépend de quatre variables :

  • Le diamètre du tube
  • La vitesse du fluide
  • La densité du fluide
  • La viscosité dynamique du fluide

Les facteurs combinés fournissent ce que l’on appelle le nombre Reynolds (Re), un paramètre important décrivant si les conditions de débit résultent en un débit laminaire ou un débit turbulent. En général, un débit laminaire survient avec un nombre Reynolds faible (≤ env. 2300), et un débit turbulent survient avec un nombre Reynolds élevé (≥ env. 3000). Entre ces deux nombres (Re 2300-3000), vous obtenez un 'débit de transition', ce qui signifie que le débit peut être laminaire ou turbulent (les nombres mentionnés concernent un tube cylindrique).

Quand est-ce qu’un effet de turbulence peut survenir ?

Comme nous l’avons déjà dit, l’effet de turbulence survient fréquemment dans les installations utilisant (outre mesure) des restrictions, comme des vannes ou des adaptateurs, en combinaison avec une haute vélocité du fluide utilisé. A chaque restriction, le débit va être interrompu et la vitesse du gaz changera (comme visualisé sur la photo 2). En plus de l’usage de restrictions, la longueur de la conduite doit être prise en compte. Comme il faut un certain temps pour qu’un débit turbulent redevienne laminaire, il est important d'utiliser la bonne longueur de conduite.

Vous préférerez éviter un débit turbulent à l’entrée de votre instrument de mesure du débit, car cela peut affecter la précision de votre mesure. Il est préférable d’avoir un débit laminaire juste avant l’appareil de mesure du débit. Toutefois, l’appareil utilisé comme régulateur de débit, avec une vanne derrière le débitmètre, peut causer à nouveau un flux turbulent. Cela n'est pas un désavantage pour tous les types de débitmètres. Ce sont principalement les débitmètres massiques thermiques reposant sur le principe du by-pass qui sont sensibles à cet effet. Les débitmètres basés sur le principe de Coriolis, de CTA (Constant Temperature Anemometry ou anémométrie à température constante) ou à ultrasons sont insensibles à la turbulence.

Pourquoi les débitmètres massiques thermiques avec capteur by-pass sont-ils plus sensibles ?

Le fonctionnement des instruments avec un capteur by-pass est basé sur un débit principal passant par une restriction et une petite partie du débit passant par le capteur. Le ratio entre ces deux débits est déterminé par la chute de pression dans le capteur et la restriction du débit laminaire. L’effet de turbulence perturbera ce ratio. Comme les instruments avec capteur by-pass sont souvent utilisés pour des mesures très précises, l’effet de turbulence peut être considérable sur les résultats de mesure.

Pour de plus amples informations sur le principe de fonctionnement des appareils Bronkhorst, consultez les différents principes de fonctionnement des débitmètres utilisés chez Bronkhorst.

Que pouvez-vous faire pour réduire les effets néfastes des débits turbulents ?

Lors de l’utilisation de débitmètres massiques thermiques avec capteur by-pass, nous recommandons de procéder comme suit :

1) Essayez d’éviter les restrictions dans le procédé, telles que vannes, adaptateurs et coudes.

  • Ne montez pas directement le débitmètre juste après une restriction, comme une vanne. Toutefois, s'il n’est pas possible de faire autrement, vous pouvez utiliser un filtre de turbulence entre la vanne et le débitmètre, ou utiliser un débitmètre avec filtre de turbulence intégré.
  • L’utilisation d’un coude près d'un débitmètre devrait être évitée autant que possible.

2) Limitez la vitesse de votre débit en utilisant la bonne longueur de conduite. En général, il est recommandé d’utiliser une longueur minimale de :

  • 10X le diamètre de la conduite à l’entrée de l'instrument
  • 4X le diamètre de la conduite à la sortie de l'instrument (débitmètre uniquement)
  • Pour les taux de débit de gaz > 100 l/min, on utilise habituellement une conduite de 12 mm (1/2’’).

3) Utilisez un tranquilisateur de flux dans votre procédé :

Le tranquilisateur de flux filtrera le débit avant qu'il n’arrive au capteur et le rendra à nouveau laminaire. A l’heure actuelle, les débitmètres sont souvent équipés d'un tel filtre intégré (comme la série EL-FLOW de Bronkhorst) ou disposent d'un circuit d’écoulement étendu (comme les débitmètres Low delta P de Bronkhorst).

LFE-Elément laminaire

Tranquillisateur de flux intégré (LFE)

Ecoulement étendu du débit dans un débitmètre

Ecoulement étendu du débit dans le débitmètre

Tout dépend du procédé et de l'application.

Les conséquences des turbulences dépendent grandement de l’application. Par exemple, dans les procédés pour semi-conducteurs, et en particulier dans les procédés de revêtement tels que la pose de couche, le débit turbulent est à éviter à tout prix. Un procédé stable est essentiel ici. Toutefois, dans d’autres procédés de revêtement, comme les techniques de projection à la flamme, l’impact des turbulences sera moindre, en raison de la haute pression du débit. Tout dépend du procédé et de l’application.

Si vous avez besoin d’aide pour l’installation de votre débitmètre, contactez notre service clientèle à l’aide du formulaire de contact.

Consultez les articles apparentés sur notre blog :

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 !

Chris King
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Vous pourriez penser que les mesures de débit massique seraient exprimées en unités de masse, telles que grammes/heure, milligrammes/seconde, etc. La plupart des utilisateurs, cependant, pensent et travaillent en unités de volume. C’est acceptable, du moins lorsque nous parlons des mêmes conditions de référence. Laissez-moi commencer par un exemple :

Masse par rapport au volume

Imaginez que vous avez un cylindre de 1 litre qui est fermé au moyen d’un piston mobile ayant un poids négligeable. Ce cylindre contient 1 litre d'air à pression ambiante, environ 1 bar. Le poids de ce volume d’air à 0°C est de 1,293 g ; il s’agit de la masse.

Lorsque nous déplaçons le piston à mi-chemin vers le fond du cylindre, le volume d’air contenu n’est alors que d’un ½ litre, la pression est d’environ 2 bars, mais la masse n’a pas changé, 1,293 g ; rien n’a été ajouté ou exclu.

Selon cet exemple, le débit massique devrait être en fait exprimé en unités de poids, telles que g/h et mg/s. De nombreux utilisateurs, cependant, pensent et travaillent en unités de volume. Cela ne pose pas de problème, à partir du moment où les conditions dans lesquelles la masse est convertie en volume sont clairement acceptées.

Utilisation de la densité dans la conversion du débit massique en débit volumique

Afin d’utiliser la densité dans la conversion du débit massique en débit volumique, nous devons choisir un ensemble de conditions de pression et de température spécifiques auxquelles nous utilisons la valeur de densité pour le gaz.

Les conditions qui sont fixées sont diverses : conditions normales et conditions standard, présentées en style européen ou style américain. Quelles sont les différences ?

Conditions de pression et de température

Conditions normales, style européen

Selon la définition « européenne », une température de 0°C et une pression de 1.013 bar sont sélectionnées en tant que conditions de référence « normales », indiquées par la lettre sous-jacente « n » dans l’unité de volume utilisée (mln/min ou m3n/h). La méthode de mesure directe thermique du débit massique est toujours basée sur ces conditions de référence, sauf demande contraire.

Un exemple de conversion en unités volumétriques utilisant les conditions de référence normales : Le débitmètre massique indique 100 g/h de débit d’air. • Densité de l’air (à 0°C) = 1,293 kg/m³ • X ln/min d’air = 100 g/h / (60 min/h × 1,293 kg/m³) • Débit = 1,29 ln/min d’air

Conditions standard, style européen

En tant qu’alternative, une température de 20°C et une pression de 1.013 bar sont utilisées pour faire référence aux conditions de référence « standard », indiquées par la lettre sous-jacente « s » dans l’unité de volume utilisée (mls/min ou m3s/h).

Un exemple de conversion en unités volumétriques utilisant les conditions standard : Le débitmètre massique indique 100 g/h de débit d’air. • Densité de l’air (à 20°C) = 1,205 kg/m³ • X ls/min d’air = 100 g/h / (60 min/h × 1,205 kg/m³) • Débit = 1,38 ls/min d’air

Si le préfixe « s » a été utilisé, il renvoie au style américain.

Conditions standard, style américain

Selon la définition « américaine », le préfixe « s » dans sccm, slm ou scfh, fait référence aux conditions « standard », pression absolue de 101,325 kPa (14,6959 psia) et température de 0°C (32°F).

Soyez attentifs aux conditions de référence lorsque vous commandez un instrument. « Normale » et « standard » peuvent être difféentes pour chaque client.

Pourquoi est-ce important ? Car le fait de mélanger ces conditions de référence crée un décalage de plus de 7% dans ce que le client s’attend à voir !

Apprenez-en plus sur les technologies de Bronkhorst, ainsi que sur la mesure du débit massique

Tableau avec les références normale et standard, réparties en style européen et style américain

Tableau des références normale et standard

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