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Cuve 1
PT
FIT
Cuve 2
PTLT
PT
FT2
M
1
Constituants de la maquette
Nom de l’élément : Vanne quart de tour
Rep : 11 vannes quart de tour, EV1,EV2,EV3..
Symbole :
Photo de l’élément :
Plaque signalétique :
Pas de plaque
Une soupape de forme annulaire percée,tourne sur elle-même d’un quart de tour,
permettant soit de laisser passer tout le fluide soit de ne rien laisser passer.les
caractéristiques dépendant des matériaux utilisés et de la technologie de vanne.
Les vannes quart de tour sont surtout utilisées dans les circuits hydrauliques.
2
Nom de l’élément : Vanne multi tour
Rep : 5 vannes multi tour, VM1,VM2….
Symbole :
Photo de l’élément :
3
Une vanne multi-tour fonctionne en bouchant le siège de soupape avec la soupape.
La vanne se ferme de plus en plus à mesure que la vanne tourne sur elle-même.
Ces caractéristiques dépendent, dépendent comme pour la vanne quart de tour, des
constituants de la vanne. Le siège peut être plus ou moins mou et donc déformable
par la pression. Sa pression admissible est aussi une caractéristique importante
quant au choix de la vanne.
Elles sont utilisées en tuyauterie pour une régulation manuelle.
Nom de l’élément : Vanne pneumatique Platon Basingstoke
Rep : 2 vannes pneumatiques, VP1,VP2
Symbole :
Photo de l’élément :
4
Plaque signalétique :
Type: ½ SCR No :200343
Tag : /
Act: ATC Signal : 3-15 Trim : A LIN
Rating press:/ Temp :/
Recherche complémentaire sur l’élément (document constructeur)
La pression passant dans la conduit du dessus presse sur une membrane qui fait
tourner et abaisser (hélicoïdale) le clapet sur les sièges et ainsi réduit le passage.
Les vannes pneumatiques entrent dans l’élaboration de systèmes d’automatisation
ou à commandes déportées. À ce titre, on les retrouve dans tous les secteurs de
l’industrie, de la machine-outil, de la chimie, de la pétrochimie, du médical, de la
pharmacie, de l’agroalimentaire, des transports, etc.
Elles trouvent également des applications dans les collectivités : chauffages à eau
chaude, à air ou à vapeur, climatisation, transport de combustibles liquides ou
gazeux, lutte contre l’incendie….
Nom de l’élément : Vanne électropneumatique
Rep : 2 vannes électropneumatiques; VEP1,VEP2
Symbole :
5
Photo de l’élément :
Plaque signalétique :
SAMSON 763
Model No 3763 : 0001 02
Stellungsregler einfachwirkend Serial No 099232
positioner single acting eingang, input
Positionneur à simple effet entrée 4-20 mA
Ce type de vanne permet de mettre en place des régulations sans pour autant
d'implémenter de réseau pneumatique
Nom de l’élément : LT
Rep :
Symbole :
6
Insérer l’image du symbole
Photo de l’élément :
Plaque signalétique :
VEGA 10107 20
Type
I = mm
7
Nom de l’élément : FIT diaphragme
Rep : FT2
Symbole :
Photo de l’élément :
Plaque signalétique :
SIEMENS
Transmetteur - TELEPRM K
pour
Référence
Lim de mesure sup.
Lim de mesure inf 128-640 Mbar
Étalonné à 0-300 Mbar 4...20 mA
Matériaux
N° de fabrique 106-721
Alimentation 13...45 V
8
Certificat de contrôle ??
LCIE N°83
ATEX de II CT6
Les composants principaux du débitmètre à diaphragme F 0 N4 sont les suivants :
un diaphragme faisant office de capteur et un flotteur servant à afficher la valeur
mesurée. Une différence de pression est établie par le diaphragme, monté entre
deux brides dans le courant principal de la conduite. Par le biais d’un by-pass, cette
pression différentielle entraîne un débit volumétrique dans un débitmètre à flotteur.
La position en hauteur du flotteur indique le débit.
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Nom de l’élément : FIT à force électromagnétique
Rep : FIT
Symbole :
Photo de l’élément :
Plaque signalétique :
30At15-AD1AA1BA21B
ser.no. 40 419396 C
85-260V AC
50-60Hz IP67
EPD/MSU O.2
I-OUT/PULSE-OUT
Recherche complémentaire sur l’élément (document constructeur)
Les débitmètres électromagnétiques sont composés d'un transmetteur et d'un
capteur qui, associés, mesurent le débit. Le capteur du débitmètre magnétique est
placé en ligne et mesure une tension induite générée par le fluide lors de son
passage dans une conduite. Le transmetteur enregistre la tension générée par le
capteur, la convertit en mesure de débit et transmet cette mesure à un système de
régulation.
Nom de l’élément : PT
10
Rep :
Symbole :
Photo de l’élément :
Plaque signalétique :
Endress + Hauser
CERABAR
IP65
PMC133 OM1F2A6A1S
U 12.5V…..30V DC
P 0….10 Bar
Pmax = 40 bar
4…..20 mA
11
Nr..K9 P 0422
Recherche complémentaire sur l’élément (document constructeur)
Une sonde de pression (ou capteur de pression) est un dispositif destiné à convertir
les variations de pression en variations de tension électrique. ... L'unité de pression
fournie par la sonde peut être exprimée en différentes unités, telle que bar, pascal,
etc.
Nom de l’élément : Pompe
Rep : P1
Symbole :
Photo de l’élément :
12
Plaque signalétique :
KSB
MULTI 1000.2 D S
220-240 V3 2.2-2.5 A
380-415 V3 1.3-1.4 A
50 Hz Classe F
930 W HMT 45m
Recherche complémentaire sur l’élément (document constructeur)
Pompe centrifuge fonctionnant par effet centrifuge du liquide grâce au moteur qui
tourne. plus le moteur tourne vite plus la pression sera importante grâce à la volute.
L’admission se fait au milieu et le refoulement par le dessus.
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Les pompes centrifuges sont utilisé pour transporter des fluides non-visqueux et son
très utilisé dans un contexte industriel
Nom de l’élément : clapet anti-retour
Rep : clapet 1
Symbole :
Photo de l’élément :
14
Plaque signalétique :
50-150-PSI
Recherche complémentaire sur l’élément (document constructeur)
Un clapet antiretour est un dispositif installé sur une tuyauterie permettant de
contrôler le sens de circulation d'un fluide quelconque. Le fluide peut donc circuler
dans un certain sens, mais son flux est bloqué si ce sens s'inverse.
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TP n°2 Instrumentation
• Identifier le lieu d'intervention.
• Lister le matériel.
• Établir le schéma de raccordement.
• Procédure de mise en marche.
• Relever les mesures.
• Procédure d'arrêt.
• Exploiter les mesures.
• Conclure.
But : Comparer les débitmètres électromagnétiques et à diaphragme dans le cadre d’un relevé de mesure. On
commandera la vanne de 4 à 20 mA afin de fermer la vanne.
Q = F(Iv) -> 4-20 mA par pas de 1
Deux débuts différents Q1 et Q2 (respectivement électro et diaphragme.)
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Relevé de mesures :
Iv FT1 (mesuré) FT1 (lu) FT2(lu)
4 18.92 1.391 13.20
5 18.70 1.315 13.05
6 18.37 1.341 2.85
7 17.91 1.305 12.58
8 17.37 1.250 12.18
9 16.65 1.119 11.78
10 15.88 1.108 11.2
11 15.05 1.036 10.65
12 14.07 0.94 09.90
13 12.98 0.84 9.08
14 11.78 0.72 8.1
15 10.27 0.58 6.78
16 8.58 0.42 4.16
17 6.85 0.26 3.85
18 5.03 0.09 3.64
19 4.03 0.00 3.62
20 4.03 0.00 3.62
Evolution de la commande en fonction du débit mesuré FT1
Iv = -3.27 Qm1 + 65.5
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Evolution de la commande en fonction du débit lu FT1
Iv =11.5 Ql 26.64
Evolution de la commande en fonction du débit mesuré FT2
Iv = 11.5 Qm2 +26.4
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Evolutions des courants mesurés sur les débitmètres FT1 (bleu) et FT2 (rouge) en fonction du
débit mesuré.
Equation du courbe bleu : Iv = 10.72Q +4.03
Equation rouge : pas linéaire !
Procédure :
On a réalisé le branchement du calibreur sur la vanne pour ouvrir de plus en plus.
On réalise suite un tableau de valeur pour chaque mA
On relève les débits en mA par des ampèremètres et le débit réel sur le débitmètre FT1 en
attendant une stabilisation des valeurs.
Diaphragme :
Le principe de fonctionnement du débitmètre à diaphragme réside en une plaque à orifice
insérée dans l'écoulement. Le rétrécissement provoqué par la plaque génère une perte de
charge. Le débitmètre mesure la différence de pression entre l'amont et l'aval de la plaque à
orifice (perte de charge). On calcule le débit grâce à la formule :
Q= K sqrt(ΔP)
Avec, K : le coefficient directeur de Q en fonction de sqrt(ΔP) (géométrie du diaphragme)
Q : le débit
ΔP : la différence de pressions avant et juste après le diaphragme
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Electromagnétique :
Les débitmètres électromagnétiques sont composés d'un transmetteur et d'un capteur qui,
associés, mesurent le débit. Le capteur du débitmètre magnétique est placé en ligne et
mesure une tension induite générée par le fluide lors de son passage dans une conduite. Le
transmetteur enregistre la tension générée par le capteur, la convertit en mesure de débit
et transmet cette mesure à un système de régulation.
Un débitmètre électromagnétique est un type de débitmètre utilisant la loi de Faraday. Pour
se faire, un champ magnétique est appliqué au fluide dont on souhaite mesurer le débit, ce
qui crée une force électromotrice, définie mathématiquement par E = k*B*D*V. La tension
induite (E) est directement proportionnelle à la vitesse (V) du fluide circulant dans le champ
magnétique (B) et (D) correspond à la distance entre les électrodes. Sachant que dans notre
cadre d’étude, k, B et D sont constants.
On voit par l’équation que plus la vitesse du fluide est élevée plus la force électromotrice
sera élevée. Ce type de débitmètre nécessite que le fluide ait une conductivité électrique
suffisante.
L’eau minéral contient des ions calcium, magnésium nitrates ou sodium, or cette forme
ionisée permet la présence d’ions H+ car l’eau est un puissant solvant alcalin. On a donc
présence d’ions hydronium et afin de conserver l’équilibre des charges, certains électrons
sont libres.
Nous sommes donc en présence d’une réaction redox et le coefficient (EC) nous renseigne
sur la concertation de minéraux dans l’eau. D’un point de vue industrielle, l’eau ne sera pas
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pure à moins d’en avoir besoin lors d’un process. L’eau distillé ou purifiée étant bien plus
chère.
On observe aussi une réaction réversible de l’eau avec elle-même qui libère des ions H+ :
H2O <=> [H+] + [OH-]. On a aussi des déplacements de charge lors de cette réaction.
Débit réel en fonction de la commande en mA
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Ft1(bleu), Ft2 (rouge) en mA en fonction de la commande en mA
Analyse des courbes :
Dans un premier temps on vient se demander d’où viens la forme des courbes :
Les courbes ne sont pas linéaires, alors on s’intéresse à la réalité physique du process et pour cela on
recherche les caractéristiques intrinsèques de chaque composant.
Vanne :
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Grace à la plaque signalétique on peut trouver le doc constructeur du produit :
(https://www.samsongroup.com/fr/produits-applications/produits/servomoteurs/3277/)
On peut y lire “Servomoteur linéaire à simple effet avec membrane déroulante et ressorts internes”
.I.E. la caractéristique de la vanne est linéaire.
On sait aussi que la pompe est linéaire du fait de sa technologie (centrifuge). Par conséquent une
caractéristique non linéaire est induite au process.
Calcul des pertes de charges :
ON se place dans les CSTP en considérant qu’il n’y a pas de pression dans les conduits.
Calcul de la vitesse :
En partant du débit volumique on obtient :
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Evolution de la vitesse en m/s en fonction de l’intensité de commande de la vanne.
Nombre de Reynolds CSTP :
Re = 1000* (V*d)/v
= 1000 *(V*15)/0.884
On obtient :
On voit que l’on se trouve en régime turbulent sauf pour la dernière valeur à 18 mA où l’on se trouve
dans la zone critique (entre turbulent et laminaire)
Dans le diagramme de Moody on se trouve dans la zone violette, avec le ligne rouge, le coefficient
de Reynolds maximale (37000)
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La cavitation est un phénomène d’ébullition de l’eau à température ambiante. Quand la vitesse
augmente dans une conduite la pression diminue. Par la relation de Bernoulli on observe un entre
vitesse et pression.
Donc dans un diaphragme on a une augmentation de vitesse donc une baisse de pression. Si la
pression baisse trop, c’est à dire, sous le seuil de pression de vaporisation à température ambiante
alors des bulles de vapeurs se forment dans le liquide. Apres cette phase transitoire, les bulles de
vapeur implosent et risque d’endommager le système. On observe très bien ce phénomène sur les
bateaux.
On peut visualiser ce phénomène grâce au graphique suivant :
25
SI la température augmente ou si la pression diminue alors le liquide passe dans le domaine de
vapeur.
On trouve également le même phénomène a l’inverse. Si la pression augmente de manière extrême
le liquide peut se solidifier à température ambiante.
Une expérience de l'ENS Lyon a permis de mettre en œuvre la solidification de l’eau a température
ambiante à l’aide d’une presse à enclume de diamant. Ils ont atteint une pression de 9000 bars pour
obtenir un début de cristallisation de l’eau.
On pose comme hypothèse qu’il n’y a pas de cavitation dans le process.
Calcul des pertes de charges
On sait que les pertes de charges totales sont la somme des pertes linéaires et des pertes
singulières.
Calcul des pertes de charges régulières totale :
Pour calculer la perte de charge régulière, nous avons besoin de connaître un certain nombre
d’informations au préalable :
Λ : le coefficient de la perte de charge : c’est une valeur sans unité. Il existe différentes formules
pour le calculer ou des abaques et ce coefficient dépend du régime d’écoulement (estimé grâce au
nombre de Reynolds*)
v : la vitesse moyenne du fluide dans le tuyau (m/s)
L : la longueur du tuyau (m) 4.14
Dh : le diamètre hydraulique (m) DN15
g : l’accélération de la pesanteur (m/s2) 9.81m/s²
La formule utilisée est l’équation de Darcy. Soit la formule suivante :
ΔH = Λ (L/Dh) (v2/2g)
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On prend un coeff Λ de 0.001 car la conduite est en cuivre. On obtient :
Donc nos pertes de charges sont de l’odre
Calcul des pertes de charges régulières par tronçon :
On identifie 3 zones :
Bas de la cuve jusqu’à la pompe (section 1)
90cm
De la pompe jusqu’à la vanne (section 2)
115cm
De la vanne jusqu’à la cuve (section 3)
209cm
On obtient les résultats suivant en calculant séparément
27
La colonne “total” correspond à la somme de chaque section.
Calcul des pertes de charges singulières :
Pour calculer la perte de charge singulière, il suffit de s’appuyer sur la formule
suivante :
ΔP = K. (p. v²/2)
Avec :
ΔP : la perte de charge singulière exprimée en Pascal
K: le coefficient de perte de charge singulière sans unité
ρ : la masse volumique du fluide (kg/m3) 1000
v : la vitesse du fluide (m/s) connue
On dénombre 13 coudes (dont 5 long et 8 standards) et 5 vannes (dont 3 ¼ de tours et 2
électropneumatique).
La formule est donnée par la relation :
K=ft*4*x
Avec :
K: module de perte de charge
Ft : les coefficients selon le DN
X : K/4ft
28
On calcul donc K :
K= ft*4*x
=0.013(5*16 + 8*30) +(3*3+2*8)
=4,485
Calcul de perte de charge singulière par tronçon
Section 1
2 coude standard, 2 long, 1 vanne quart
K1= 0.013 (2*30+2*16+1*3) =1.235
Section 2
3 coudes standards, 1 long ,1 vanne électro
K2= 0.013(3*30+16+8) =1.482
Section 3
3 standards, 2 longs, 2 vannes quart, 1 vanne électro
K3 = 0.013(3*30+2*16+2*3+8) = 1.729
Légende du schéma TI :
On repère les pertes de charges selon le pourcentage d’ouverture de la vanne 0%/50%/100%, d’une
vanne OMA.
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Chercher pertes de charges du diaphragme (endress)
Justifier choix vanne
Différence entre les courbes
Saut en fin de mesure
30
TP3 HART Bluetooth
Objectifs : mettre en application le protocole hart dans le cadre de la
régulation de niveau de la maquette verte. Également, on pourra tester la
fonctionnalité Bluetooth.
On utilisera le Pocket hart ainsi que la fonctionnalité Bluetooth de nos
smartphones en s’aidant des notices et informations sur internet.
Régulation du niveau dans la cuve pressurisée de la maquette verte.
On régule le niveau dans la cuve pressurisée de la maquette verte à l’aide du
capteur CERABAR M de Endress&Hauser branché sur le Pocket hart.
Le capteur est câblé par 2 fils on utilisera donc la fonctionnalité de la deuxième
voie.
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Configuration du capteur CERABAR PMP51
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Arborescence du capteur :
33
Configuration du Pocket hart :
On utilise la résistance interne de 250 ohms. Il faut ensuite configurer
l’étendue du capteur.
Arborescence du capteur :
https://www.modes-d-emploi.com/manuals/368468/krohne-optiwave-5200-
c_f-fr.html?page=133
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