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.

9

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.

13

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.)

16

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

17

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

18

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

20

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

21

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 :

22

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 :

23

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)

24

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)

26

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.

29

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.

31

Configuration du capteur CERABAR PMP51

32

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

34