TS1 CIRA - Instrumentation

Test 5

14 décembre 2011

I – Objectif du test en lien au référentiel :

Capacité travaillée C11Analyser et comprendre un procédé – Détermination d'une constante.

Capacité travaillée C13Analyser et comprendre l'appareillage : capteurs de pression différentielle.

Capacité travaillée C22Choisir le matériel : calcul autour d'une mesure de débit par diaphragme.

Débitmètrie : généralités (8 points)

• Rappeler les relations :

− du débit volumique Qv (relation générale)

− du débit massique Qm (relation générale)

− du débit volumique Qv (avec organe déprimogène)

− du débit massique Qm (avec organe déprimogène)

• Citer les éléments utilisés dans la mesure de débit par différence de pression. Proposer un croquis pour chaque élément.

• Indiquer sur chaque croquis les prises de pression.

• Définir la notion de perte de charge. Donner des éléments d'une installation qui créent une perte de charge.

● Les relations de débit volumique et massique sont en partie mémorisées.

● Les 4 éléments déprimogènes de mesure de débit ne sont pas intégrés. La tuyère est passée sous silence.

● La prise de mesure à D et D/2 pour le diaphragme est évoquée. Les autres prises de mesure quasiment pas.

● Les prises de mesure de pression pour le tube de Pitot, le venturi et la tuyère sont très approximatives. Les étudiants ne voient manifestement pas l'importance pratique de montage sur une installation.

● La notion de perte de charge est perçue correctement par la majorité.

● Globalement ce travail de mémorisation a peu été assumé, d'où des résultats faibles.

Année scolaire 2011-2012 1/4 Test 4 – Instrumentation T1Cira

Viscosité (4 points)

Le débitmètre électromagnétique Promag A – DN15 – affiche 0,3737 l/s.

La viscosité dynamique de l'eau à 20 °C est égale à 1,002*10-3 Pa.s.

La masse volumique de l'eau à 20 °C est égale à 1000 kg/m3.

• Rappeler l'expression du nombre de Reynolds et de la viscosité cinématique. Préciser les unités.

Re = vitesse*Diamètre/viscosité cinématique

Viscosité cinématique = viscosité dynamique/masse volumique

● Le rappel des définitions n'a pas posé de difficulté.

• Calculer le nombre de Reynolds.

Dans l'énoncé c'est le débit qui est donné. Or Qv = Section conduite*Vitesse. Donc la Vitesse = Qv/Section conduite. Avec Section conduite = π*D2/4.

La relation de Re devient : Re = Qv*4*masse volumique/π*D*viscosité dynamique

Re = 0,3737*10-3*4*1000/π*15*10-3*1,002*10-3 = 31657

● Beaucoup d'étudiant n'ont pas réussi à passer du débit volumique à la vitesse. Erreur dans le calcul de la section.

● Très souvent, ils appliquaient tel quel les valeurs de l'énoncé à la relation sans se poser de questions.

● Quelques étudiants ont toutefois débouché sur la bonne réponse.

● Le régime turbulent est défini pour un nombre de Reynolds > 10000 et non 1000.

• Conclure sur le type de régime hydraulique.

Le régime est turbulent Re > 10000.

Choix d'un capteur : application des Normaux mètres-cube (4 points)

Une chaudière de production de vapeur comporte un faisceau de vaporisation aboutissant dans un ballon alimenté en eau venant d'un économiseur (voir Annexe 1). La vapeur saturante issue du ballon passe dans un surchauffeur.

Les conditions de service en sortie de la chaudière sont :

✔ Débit massique : 100 T/h

✔ Pression : 50 bar

✔ Température : 264 °C

✔ Masse volumique vapeur : 25,362 kg/m3 (voir site http://thermexcel.com/french/tables/tables.htm)

Année scolaire 2011-2012 2/4 Test 4 – Instrumentation T1Cira

Pour le suivi énergétique de l'installation, il est demandé de mesurer le débit de la vapeur saturante en sortie de la chaudière.

La mesure est effectuée par un organe déprimogène associé à un capteur de pression différentielle.

• Calculer le débit volumique en m3/h.

Qm = Qv*masse volumique. D'où Qv = Qm/masse volumique = 100000/ 25,362 = 3943 m3/h.

● Pas de difficulté. Seule réponse pour beaucoup à cette partie.

• Calculer le débit volumique en Nm3/h et en Nm3/s selon la norme DIN 1343 (Tn = 273,15 °C et Pn = 1013 hPa).

Par la relation des gaz parfaits nous pouvons écrire :

P1*V1/T1 = Pn*Vn/Tn ou P1*Qv1/T1 = Pn*Qvn/Tn en considérant la section de la conduite constante.

Les conditions du process étant connues il est possible de calculer Qn.

Qvn = P1*Qv1*Tn/(T1*Pn) = 50*105*3943*273,15/((273,15+264)*1013*102) = 98968 Nm3/h = 27,49 Nm3/s.

● Souvent la relation est connue, mais pas comprise ce qui pose problème pour l'application.

● Globalement dès qu'il y a des calculs d'application à poser les étudiants se perdent dans la manipulation des relations et des unités.

● Les données de la question sont souvent appliquées tel quel dans la relation mémorisée approximativement, révélant le manque de compréhension de « l'histoire de la relation ».

• Calculer la pression différentielle pour une constante du capteur K = 1,6 (voir relation du débit volumique avec organe déprimogène). Utiliser le débit volumique en Nm3/s.

La relation du débit volumique est Qv = K*racine carré (DeltaP/masse volumique).

D'où DeltaP = (Qv/K)2*masse volumique = (27,49/1,6)2*25,362 = 7487 Pa = 74,87 mbar.

● Quelques étudiants ont trouvé l'expression correcte pour DeltaP, sans déboucher sur le résultat correct.

• Choisir le capteur dans l'Annexe 2. Donner la référence complète avec la variante.

Le résultat précédent impose le choix d'une valeur nominale de 100 mbar, soit la référence Deltabar M PMD55 7D.

Débitmètre massique corrigé (4 points)

La vapeur étant considérée comme un gaz parfait, il est nécessaire d'apporter une correction en fonction de la pression et de la température du process.

• Rappeler ou retrouver la relation du débit massique en fonction de la pression différentielle, de la pression et de la température.

2 points

• Proposer le schéma TI de mise en oeuvre industrielle de ce point de mesure. Préciser les différents blocs de traitement utilisés par l'unité de traitement.

2 points

Année scolaire 2011-2012 3/4 Test 4 – Instrumentation T1Cira

● Question de cours assumé que par quelques étudiants, ceux qui ont révisé sérieusement pour le test.

Nota :

Proposer une note sur 20 en tant qu'évaluation chiffrée du présent travail personnel.

Remarque générale :

● Apparemment cela faisait de trop à intégrer pour les étudiants. Beaucoup de notions ne sont pas mémorisées. Il faudra y revenir.

● Les notes vont de 1,5/20 à 15/20 avec une moyenne de 8,4/20.

● Résultats faibles pour un devoir préparé et dont les questions étaient quasiment annoncées. C'est la partie applicative qui demande réflexion qui pose problème.

● Il semblerait que les étudiants fonctionnent essentiellement par la restitution à l'identique et pas dans une dynamique de construction du savoir.

Année scolaire 2011-2012 4/4 Test 4 – Instrumentation T1Cira