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

January 21, 2020 Ron Tietge
Tubes à essai de laboratoire

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 domaine 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.
  • 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.
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.

Faible débit de liquide : dosage de lubrifiant dans le secteur de l'aéronautique
Dosage de lubrifiant - secteur de l'aéronautique
Faible débit de liquide - gaz naturel
Gaz à usage domestique
Débit massique contre débit volumique, Que sont les faibles débits de liquide

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. 

En savoir plus sur les conditions de référence

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 ».

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. 

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

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Elveflow et Bronkhorst vous donnent rendez-vous jeudi 28 janvier 2021 pour participer au webinaire "Learn how to control & measure the flow for your 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

Téléchargez l'e-book "Comment gérer les faibles débits de liquide" pour en savoir plus sur les "faibles débits".
Vous y trouverez des informations approfondies, des conseils techniques et des astuces d'initiés donnés par nos experts.

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