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Série d'articles de blog : Comment mesurer et réguler les faibles débits de liquide ? Partie 2/5

18 février 2020 Allard Overmeen

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.

 Série de blogs : Conseils pour le choix d'un débitmètre

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.

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Mini Cori-Flow ML120 - Débitmètre à effet Coriolis

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.

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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.

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Pompe combinée avec un débitmètre volumétrique à ultrasons ES-FLOW

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.

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E-book : Comment gérer les faibles débits de liquide ?

Question consacrée aux débits de liquide inférieurs à 100 g/h

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