L'importance de la mesure du débit directionnel
L'importance de la mesure du débit directionnel
Introduction
Le débitmètre d'air comprimé VPFlowScope® repose sur un principe de mesure unique. Cela vous permet de mesurer non seulement l'intensité du débit, mais aussi sa direction. Pourquoi est-ce important ? Dans cet article, nous vous présenterons deux exemples dans lesquels la mesure bidirectionnelle du débit joue un rôle essentiel pour tirer les bonnes conclusions. Dans le premier exemple, nous décrirons le cas d'une usine de fabrication de composants électroniques, qui dispose d'un vaste réseau en boucle interconnecté avec deux salles de compresseurs, situées dans des bâtiments différents. Les deux salles de compresseurs sont distantes d'environ 150 mètres. Dans le deuxième exemple, nous décrirons l'effet de la mesure du débit en amont d'un réservoir récepteur local.
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Technologie Thermabridge™
Le premier capteur de débit massique thermique au monde fabriqué à partir d’une puce en silicium (et nonen silicone !) a été inventé il y a 40 ans par l’un des fondateurs VPInstruments, Anton van Putten, en 1974. Sa conception unique peut être considérée comme le modèle de référence de nombreux capteurs de débit massique thermiques utilisés dans les secteurs de l’automobile, du CVC et de l’industrie. Le capteur Thermabridge™ original combine la mesure de la direction du débit avec la détection du débit massique thermique sur une plage complète de 0 à 150 mn/sec. Cela vous permet de mesurer le débit dans des réseaux en boucle complexes, où tout autre débitmètre fournirait des résultats de mesure très peu fiables. Qui aurait pu imaginer que son invention deviendrait si importante pour la mesure précise de l'air comprimé?
Cas n° 1. Deux salles de compresseurs
Dans une grande entreprise de fabrication de composants électroniques, l'air comprimé est utilisé tout au long du processus de production : machines de moulage par injection (manutention et conditionnement des produits), prélèvement et placement de composants, placage et galvanisation de pièces métalliques. Un programme de gestion de l'énergie a été lancé afin de réduire la consommation énergétique globale de l'usine. L'air comprimé figurait parmi les services techniques nécessitant une attention particulière. Les compresseurs de l'usine étaient assez anciens (> 10 ans) et il y avait une marge d'amélioration en termes d'efficacité. Pour choisir le compresseur adapté, il fallait mesurer le profil de la demande de l'usine. Mais l'entreprise a compris qu'une surveillance permanente était la clé pour réaliser des économies à long terme. Ainsi, au lieu de faire appel à un cabinet d'audit pour réaliser un audit ponctuel, elle a choisi VPInstruments mettre en place une solution de surveillance permanente. Celle-ci pourrait à terme être étendue à d'autres services.
Au cours de la phase 1 du projet, nous avons installé quatre débitmètres afin d'obtenir une image précise de la demande moyenne. Cependant, au bout de quelques mois, nous avons été confrontés à une situation particulière dans laquelle les débitmètres unidirectionnels standard ne fournissaient que des résultats inutiles. Dans ce cas précis, le reflux vers les réservoirs de réception entraînait des relevés erronés, ce qui se traduisait par de graves erreurs de mesure.
Description du système
Le schéma ci-dessous présente une représentation simplifiée du système d'air comprimé. Ce système comprenait deux salles de compresseurs (A et B). Un réseau en boucle d'air comprimé est alimenté à partir de ces deux salles de compresseurs distinctes. Les salles de compresseurs sont régulées par un système de contrôle basé sur la pression.
Dans la salle des compresseurs B, deux débitmètres sont installés en boucle pour mesurer le débit d'air fourni au réseau par un compresseur. Entre ce compresseur et le réseau se trouve un grand réservoir de stockage (5 m3) est installé.
Dans la salle A se trouvaient trois compresseurs à vis Atlas Copco (ZR3A, ZR3A, ZR145). Ces machines étaient utilisées pour couvrir la charge de base quotidienne. Chaque compresseur est équipé d'un sécheur à tambour à chaleur de compression. Entre les conduites et les compresseurs, deux grands réservoirs de stockage sont installés, d'une capacité de 5 m³3 chacun. À partir des réservoirs, deux conduites distinctes acheminent l'air vers les processus de production.
Une conduite relie ce bâtiment à un autre, où se trouve la salle des compresseurs B. La distance entre les deux salles des compresseurs est d'environ 150 mètres.
Retour de flux ou pas ?
Après avoir examiné de plus près la configuration de la salle des compresseurs B, nous sommes parvenus à la conclusion qu'il devait y avoir un reflux lorsque le compresseur est à l'arrêt. Les photos suivantes illustrent ce phénomène en détail.
Compresseur de la salle B à l'arrêt : comportement du réservoir de réception
Pendant les opérations de déchargement et les heures creuses, les deux débitmètres unidirectionnels indiquaient une consommation, alors qu'on aurait dû constater un débit nul. Le grand réservoir collecteur est alimenté par les autres compresseurs (de la salle A) lorsque la demande locale en air dans le réseau en boucle est faible, et il alimente le réseau en air lorsque la demande locale est élevée. Vous pouvez voir que le
le réservoir collecteur comme un grand ballon interagissant avec le réseau.
Compresseur de la salle B en marche – situation de « trafic dense »
Lorsque le compresseur fonctionne en charge, l'air comprimé est acheminé vers le réseau en boucle. Au niveau de la dérivation en T, le débit se fond dans le « trafic » existant en fonction de l'équilibre de la consommation dans les conduites de la boucle. Si la consommation est bien équilibrée, elle peut être parfaitement symétrique (50 % à gauche, 50 % à droite), mais lorsque la consommation d'un côté est nettement plus élevée, le débit d'air se répartit différemment. Une demande pulsatoire peut également modifier la répartition du débit pendant une courte période.
L'air provenant du compresseur se mélange à l'air qui circulait déjà dans le réseau annulaire. Cela peut entraîner une mesure trop élevée ou trop faible, selon la demande réelle et le sens du débit qui en résulte.
Unidirectionnel ou bidirectionnel
Un débitmètre unidirectionnel ne permet pas de déterminer d'où provient l'air. Cela entraîne des erreurs importantes. C'est le cas de la plupart des débitmètres massiques thermiques basés sur la dispersion thermique, l'anémométrie à température constante, etc. Les débitmètres à vortex et les débitmètres à turbine constituent d'autres exemples de débitmètres unidirectionnels, lorsqu'ils sont reliés à un transmetteur d'impulsions standard (le compteur de la turbine tourne alors en sens inverse). Les capteurs Venturi sont également unidirectionnels. Le signal de pression différentielle ne passe pas en négatif lorsque le débit s'inverse. Les débitmètres à orifice peuvent également mesurer un débit inverse, mais ils ne sont pas très adaptés à l'air comprimé en raison de leur perte de charge permanente.
En activant la fonction de détection bidirectionnelle du VPFlowScope, tout changement de sens du débit est immédiatement mis en évidence. Désormais, le débit inverse apparaît dans les graphiques sous forme de valeurs négatives. Examinons quelques données réelles : dans les graphiques ci-dessous, nous zoomons sur une période spécifique des mesures effectuées dans la salle des compresseurs B. Les données d'origine, provenant des débitmètres bidirectionnels, ont été traitées pour montrer la différence entre le débit bidirectionnel et le débit unidirectionnel.
À la fin de cette période, le phénomène est très net : le compresseur s'arrête. Sur le graphique de gauche, où les deux débitmètres bidirectionnels s'annulent mutuellement, le débit résultant est pratiquement nul. Sur le graphique de droite, le débit ne s'annule pas, ce qui donne lieu à un signal parasite de près de 13 m³/minute.
Le mode unidirectionnel suffit-il ?
On pourrait se demander : pourquoi ne pas corréler ces données avec celles relatives à la mise en charge et à la mise hors charge du compresseur ? Lorsque le compresseur est en mode de mise hors charge ou à l'arrêt, on sait que le débit est nul, ce qui permet de compenser ce phénomène. Nous pensons que ce n'est pas la meilleure façon de résoudre le problème de reflux, car il pourrait y avoir d'autres causes (réelles) de reflux qui passeraient inaperçues. Par exemple, un clapet anti-retour qui fuit, un joint qui fuit ou une soupape de purge. Dans ce cas particulier, nous avons découvert un joint de compresseur qui fuyait. Cette fuite aurait pu coûter 1 314 euros par an et sa réparation n'a coûté que 500 euros. Une autre fuite a été détectée dans un sécheur. Là encore, cette fuite se trouve en amont du débitmètre, elle serait donc passée inaperçue si le débitmètre était unidirectionnel. Économies : 2 102 euros par an. Réparée pour 100 euros en remplaçant un tuyau.
Cas n° 2. Récepteurs décentralisés
Dans certains cas, on utilise un réservoir de stockage décentralisé pour « lisser » les pics de charge sur le réseau. C'est le cas, par exemple, lorsqu'une machine présente un profil de consommation élevé mais intermittent. Une question revient souvent : où placer le débitmètre, et que nous indiquera-t-il lorsque la machine aura été mise hors tension ? Cette partie de l'article s'appuie sur un audit réalisé il y a quelque temps dans une usine de transformation de pommes de terre, où nous avons utilisé un débitmètre massique thermique standard sans sensibilité bidirectionnelle. La photo ci-dessous montre la configuration.
Configuration de l'essai : le débitmètre au point d'utilisation a été installé entre le réservoir de réception et les boucles de distribution. Pourquoi ? Parce qu'il n'y avait pas suffisamment de longueur de conduite en ligne droite en aval de la vanne d'arrêt.
L'auditeur nous a appelés quelques jours plus tard pour discuter des résultats. Le débitmètre indiquait une consommation importante alors que la machine était déconnectée du réseau. Le réservoir de réception servait simplement de tampon local pour les machines situées plus en aval sur la ligne. Il se remplissait et se vidait au rythme de leur consommation, ce qui entraînait des relevés importants sur le débitmètre massique thermique. Dans ce cas précis, le problème a finalement été résolu en ignorant les données enregistrées pendant la période où la machine était à l'arrêt. Mais dans d'autres cas, il n'est pas toujours possible d'établir une corrélation entre les actions ou les événements locaux et les données. Dans ces cas-là, l'analyse des données provenant d'un dispositif de mesure de débit unidirectionnel peut conduire à des conclusions erronées.
Autres problèmes que vous pouvez détecter grâce aux capteurs bidirectionnels :
Les débitmètres bidirectionnels permettent de mettre en évidence des problèmes importants dans de nombreux systèmes d'air comprimé. Dans cet article, nous avons décrit deux cas dans lesquels les capteurs bidirectionnels sont essentiels pour tirer les bonnes conclusions.
Voici d'autres exemples de situations où vous pouvez signaler des problèmes :
Des clapets anti-retour qui fuient juste après le compresseur, ou des évacuations de condensats qui fuient. Le débitmètre bidirectionnel vous indiquera quand cela se produit.
- Fuites au niveau des tuyaux de vidange du déshuileur ou sous le réservoir de récupération
- Le clapet anti-retour ne se ferme pas complètement
- La soupape de décharge ne se ferme pas complètement
- Les oscillations dans le réseau de canalisations sont interprétées comme de la consommation plutôt que comme un débit quasi nul
Combiner les résultats à l'aide de canaux virtuels
Dans le logiciel central de surveillance VPVision , un canal virtuel permet de regrouper les données de deux (ou plusieurs) débitmètres en un seul signal. Ce canal additionne ou soustrait toutes les valeurs mesurées, en fonction du sens du débit. Les valeurs obtenues peuvent être utilisées dans des graphiques en temps réel et des rapports.
Conclusions
• Pour la mesure du débit dans les réseaux en boucle, les débitmètres bidirectionnels sont essentiels pour obtenir des résultats fiables.
• Seuls les débitmètres bidirectionnels peuvent fournir des données fiables lorsqu’ils sont installés entre les réservoirs de réception et le réseau d’air comprimé.
• Les débitmètres unidirectionnels indiquent un débit positif en cas de reflux, ce qui peut conduire à des conclusions erronées sur le comportement du système.
• Grâce aux logiciels modernes de surveillance énergétique, les débitmètres bidirectionnels peuvent être regroupés dans un canal virtuel.
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