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Débit massique et débit volumique

débitmètre massique et débitmètre volumique

1.    Qu'est-ce que le débit massique ?
2.    Quelle est la relation entre le débit massique et le débit volumique ?
3.    Pourquoi utiliser des unités volumiques pour les débits massiques de gaz ?
4.    Comment mesurer et réguler les débits massiques et les débits volumiques ?

Supposons que vous souhaitiez ajouter du gaz ou du liquide dans un procédé de chimie, pharmaceutique ou agroalimentaire. Cela ferait-il une différence si vous ajoutiez un kilogramme (en unité de masse) ou un litre (en tant qu'unité volumique) d’un tel fluide ? Voyons cela plus en détail. 

De nombreux procédés dans l’industrie chimique ou alimentaire se basent sur la masse. Les réactions chimiques reposent sur les masses de réactifs ou d’ingrédients qui doivent être ajoutés dans le bon rapport massique. Pour les applications de transfert d’énergie, comme les transactions commerciales dans le secteur du gaz et du pétrole - la masse du fluide échangé détermine son prix. Alors que dans les procédés par batch, la masse fournie est pertinente, les procédés continus dépendent des débits massiques.

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Qu'est-ce que le débit massique ?

Essentiellement, le débit massique est la quantité de masse d’un gaz ou d’un liquide qui s’écoule en un certain laps de temps, par exemple exprimée en kilogrammes par heure (kg/h) ou en grammes par seconde (g/s). De manière analogue, un débit volumique est le volume d’un gaz ou d’un liquide qui s’écoule en un certain laps de temps, exprimé en litres par heure (l/h) ou en centimètres cubes par seconde (cm3/s). 


Quelle est la relation entre le débit massique et le débit volumique ?

Il y a une différence de comportement lorsqu’il s’agit de masses ou de volumes de fluides. Les volumes sont influencés par les changements de conditions du procédé telles que la température et la pression, alors que les masses ne sont pas affectées. Il en va de même pour les masses et les volumes « en mouvement » (débit).

La masse volumique d’un gaz ou d’un liquide, exprimée en kg/dm3, relie le débit massique au débit volumique. Cette masse volumique, ou densité, dépend de la température et de la pression : les températures élevées entraînent généralement de faibles densités, et les pressions élevées entraînent des densités élevées pour ces fluides - bien que l’influence est plus importante pour les gaz que pour les liquides. Le débit volumique est obtenu en divisant le débit massique par la densité du fluide. Un débit volumique varie avec la température et la pression, alors qu’un débit massique reste constant lorsque la température ou la pression change.


Pourquoi utiliser des unités volumiques pour les débits massiques de gaz ?

Selon la logique ci-dessus, un débit massique doit être exprimé en unités de masse tels que g/h, mg/s, etc. Cependant, la plupart des utilisateurs de gaz pensent et travaillent en unités de volume. Pour 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 prenons en compte la densité respective. Dans le monde entier, il existe plusieurs conditions de référence standardisés pour effectuer cette conversion. 

Les éléments suivants sont utilisés par Bronkhorst :

  • Lorsque le débit massique est exprimé en indice n comme dans mln/min ou m3n/h, cela signifie qu’une densité de fluide à une température de 0°C et une pression de 1 atm (1,013 bar) sont sélectionnées pour la conversion du débit massique en débit volumique. L’indice représente les conditions de référence « normales » dans le style européen.
  • Il existe aussi le préfixe « s » dans sccm (centimètres cubes standard par minute) ou slm (litre standard par minute), qui fait référence aux conditions standard américaines à une température de 0°C (32°F) et une pression absolue de 1 atm (1,013 bar, 14,69 psia).
  • Comme alternative, une température de 20°C et une pression de 1 atm (1,013 bar) sont utilisées pour se référer aux conditions de référence standard européennes, indiquées par l’indice s dans les unités volumiques (mls/min, m3s/h). Ces valeurs ressemblent aux conditions moyennes de température et de pression au niveau de la mer. 

ARTICLE : conditions de référence

Ce qu'il faut savoir : 
La température et la pression de référence que vous utilisez dans votre cas spécifique pour la conversion entre le débit massique et le débit volumique est importante car la confusion de ces conditions de référence pour les débits de gaz (en particulier la différence de température entre 0 et 20°C) peut conduire à une erreur de 7 % !

Conditions de référence pour les débitmètres
Différences entre les conditions de référence style Européen et style Américain

Outil de calculs en ligne Fluidat

Pourquoi utiliser des unités volumiques pour les débits massiques de gaz ?

Bronkhorst dispose de plusieurs instruments de mesure et de régulation de débit massique et débit volumique pour gaz et liquides. Les instruments qui fonctionnent selon le principe thermique ou le principe de Coriolis sont directement liés au débit massique du fluide, respectivement par conductivité thermique et inertie massique. 

Calculs de débit en ligne

Exemples d'instruments pour le débit massique et volumique

  • Les régulateurs de débit massique EL-FLOW Select sont utilisés pour fournir des gaz pour la production de crème glacée. Les débits massiques sont généralement exprimés en mln/min et ln/min.
  • Les nouveaux instruments FLEXI-FLOW fonctionnent également selon le principe de mesure du débit massique thermique. Avec des temps de réponse très courts - grâce à la technologie TCS (capteur de puce) pour la fabrication d’instruments très compacts capables de mesurer et de contrôler la pression du gaz en plus du débit massique. 
  • Les instruments mini CORI-FLOW sont utilisés, par exemple, dans la production de vaccins à ARNm pour mesurer avec précision et pour pouvoir produire les substances liquides des vaccins. Les débits massiques pour les liquides sont exprimés directement en unités massiques comme les grammes par heure (g/h), indépendamment des fluctuations de température et de pression.
  • Les instruments ES-FLOW mesurent et régulent les débits volumiques de liquide à l’aide d’ultrasons. Ils mesurent efficacement la vitesse d’écoulement, qui, multipliée par la section transversale du tube à l’intérieur de l’appareil, donne des débits volumiques de liquide. Ces instruments sont utilisés, par exemple, pour mesurer la quantité de colorant, d’agent aromatisant et d’acide fournie à un procédé de fabrication de bonbons.

Dans les cas où les débits massiques sont exprimés en unités de débit volumiques, les conditions de température et de pression de référence de l’unité de débit sont toujours mentionnées sur le certificat d’étalonnage des instruments Bronkhorst.

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