Dimensionner des tuyauteries pour une application industrielle

[Snyte]

Bonjour à tous,

On m'a demandé de m'occuper d'un projet d'installation de tuyauteries pour envoyer un mélange de liquides chimiques dans une ligne de production. Il existe actuellement une installation, mais il s'agit de la refaire car elle est obsolète est incompréhensible (modifiée au fil des années sans aucune modification de plans).

Grosso modo, l'installation se présentera comme suit :

Nous avons deux liquides : l'un relativement épais et l'autre à base d'eau. Ils sont tous deux envoyés dans deux circuits différents depuis deux cuves grâce à une pompe sur chaque circuit. Il y a des vannes manuelles, à commande pneumatique et des clapets anti-retour le long du circuit. À un moment donné, les deux fluides sont mélangés par un mélangeur statique, puis injectés en production via une espèce de gros cône en bout de circuit, sur lequel sont repiqués quelques flexibles de petit diamètre.

N'ayant jamais travaillé sur ce genre d'installation, je rame énormément. Comment dimensionner mes tuyauteries ? Mes vannes, clapets, etc. ?
Je me base sur l'installation actuelle pour l'instant, mais il y a des réductions et des augmentations de diamètres absolument partout, ce dont je ne comprends pas l'intérêt. Il y a du DN20, puis du 10, puis du 32, puis du 25 sur le même circuit.

Je ne suis pas très calé en mécanique des fluides, mais si j'ai bien compris le principe, si un fluide passe par une grande section, puis une plus petite, puis une plus grande, la même quantité de matière passera, peu importe la section. Seule la vitesse sera impactée.

Donc, dans la logique, j'opterais pour un seul et même diamètre de tuyauterie et accessoires pour un circuit.
Vient donc le choix du diamètre... Je sais que je veux 5kg/min d'un liquide. Là je bloque, car je pourrais prendre une grande section avec une vitesse faible et avoir ce résultat, ou une petite section avec une vitesse plus importante.

J'imagine que dans le choix du diamètre, je dois prendre en compte la vitesse max que peut supporter une tuyauterie sans s'abîmer, mais ça, je ne sais pas le calculer.
Dois-je changer de section après le mélange des deux liquides, puisqu'il y aura plus de matière à la sortie, donc un débit plus important sans changement de section ?

Dans un second temps, je dois dimensionner mes accessoires (vannes, clapets) selon la pression nominale de fonctionnement. Il s'agit d'un circuit ouvert (puisque le liquide est injecté en production), donc je ne sais pas vraiment comment anticiper ma pression de fonctionnement.

Un petit coup de main serait bienvenu... Ce n'est pas mon métier et je rame pas mal depuis un moment. J'aimerais éviter de commander du matos sans réfléchir pour m'apercevoir que ça ne fonctionne pas, ou mal.

Merci d'avance !
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[gloster37]

Bonjour

On vous a interdit de consulter un BE spécialisé ?

[invite58706596]

Bonsoir Snyte,

Drôle d'installation...
Il manquait d'un spécialiste en régulation... Tu as quel niveau et connaissances pour gérer ce problème???
On va parler de la sortie ou de l'injection : Quelle rapport avec la production : Je suppose le débit variable suivant une info que l'on doit posséder une information quelconque en pression 0,2/1 mbar ou en courant 4-20 mA par exemple...
Tu peux faire un schéma de principe du mélangeur???
Il y a longtemps que j'ai quitté régulation et automatismes > Donc les produits ont vraisemblablement évolués, mais pas certain...
On peut faire le moins sophistiqué > Mettre 2 vannes réglantes avec régulateur pour chacun des débits... Choisir les tuyauteries pour les 2 débits maxi ... On gave l'entrée des vannes réglantes et les excès retournent dans les cuves....
Il faudrait quelques infos sur les produits masse volumique, viscosité, T° de circulation ou d’approvisionnement, les débits en volume... Qu'ai-je oublié > Ah! Le rapport de mélange > Peut-il être appelé à être augmenté ou diminué...
Le produit épais est-il sujet à créer des colmatages naturellement ce qui pourrait expliquer les modifs de sections... M'enfin changer de DN, c'était du montage en se servant sur le tas de rebuts...
Ce sont des tuyauteries en acier, en inox, en fibercast, en carbone ou autre????
Quelle pression admise sans tenir compte des # DN
A+

[yaadno]

bonjour:tu devrais regarder du côté de l'effet venturi;c'est utilisé pour créer une dépression pour faciliter le mélange des fluides;
tu devrais essayer de faire un schéma de principe;ça aide à la compréhension;
j'espère que ce n'est pas la tour d'une centrale nucléaire;
cdlt

[A voir en vidéo sur Futura]

[Snyte]

Bonsoir,

Merci pour vos réponses.

On ne m'a pas interdit de consulter un BE spécialisé, mais il s'agit d'une "petite" installation qui vise à remplacer l'existante. En soi, le fonctionnement est très simple, mais dans la pratique, c'est plus complexe que ça en a l'air à réaliser. Mon responsable aimerait que ça se fasse en interne avec les moyens du bord. J'aimerais quand même faire quelque chose de propre avec des diamètres de tuyauteries uniformes et qui font sens.

Le besoin vient du fait que comme dit plus haut, l'installation existante est vétuste et incompréhensible, et que l'un des liquides a tendance à colmater. On aura donc un circuit de secours sur la nouvelle tuyauterie.
Je suis en double sur le projet avec un collègue qui a bien plus de bouteille que moi. Le problème, c'est qu'il est manuel. Il fait, et il voit après. Du coup il ne m'aide pas vraiment sur la partie étude, on fait ça sur le tas et ça ne me correspond pas.

En gros, on transmet une "recette" de produits chimiques à un automate. Produit 1 + produit 2 = x l/min. Le dosage est variable, par ex = produit 1 : 20% / produit 2 : 80%. Celui-ci régule la vitesse de rotation des pompes de chaque circuit avec le retour d'info qu'un débitmètre massique lui envoie.
Il y a un capteur de pression qui sert juste de sécurité en cas de pression trop haute => coupure des pompes.

Pour le reste, c'est juste des vannes et des clapets.
Le mélangeur statique, c'est juste un tube dans lequel on trouve des pièces hélicoïdales. Les fluides passent dedans, sont brassés et mélangés. En sortie du mélangeur, le fluide est bon pour être injecté en production.

Voyez ce mélange comme un additif pour modifier les caractéristiques de la matière principale produite.

Les tuyauteries seront en inox.
Je connais la vitesse de rotation max de la pompe, mais je ne sais pas comment convertir ça en débit. La doc constructeur ne mentionne même pas ça. En même temps, ça dépend probablement de la densité du liquide (que je n'ai pas avec moi dans l'immédiat, je suis à la maison).
Pour la pression admise, honnêtement aucune idée.

J'ai déjà établi un schéma de principe complet. Je sais comment va s'agencer l'installation. Ce qui me pose vraiment problème, c'est de déterminer mes diamètres de tuyauteries et les pressions pour mes accessoires. Je ne connais pas vraiment les "règles à suivre" pour déterminer tout ça.

Pour l'effet venturi, justement j'ai regardé un peu, mais ça ne m'aide pas vraiment en définitive. J'ai cru comprendre que peu importe la section, la quantité de matière envoyée par la pompe sera de toute façon acheminée jusqu'au bout du circuit. Seule la vitesse et la pression varieront.

[invite58706596]

Bonsoir,

Ah! On commence à en apprendre un peu plus...

mais je ne sais pas comment convertir ça en débit.

Tu peux pourras donner le type de pompe et sa marque, histoire de rechercher quelques infos...
C'est surtout la viscosité qui va permettre de déterminer de nombreuses informations de fonctionnement. Il faut utiliser le diagramme Moody sur les perte de charges occasionnées par les frottements dans les conduites pour un débit de consigne, la section du tuyau et bien sur de la viscosité du fluide...Ceci permettra une bonne approche des caractéristiques de l'écoulement du fluide suivant les paramètres de la pompe. Comme le débit peut varier, l'expérience de ton collègue sera la bienvenue.

J'ai bien peur que les nombreux changements de diamètres et les clapets permettaient de créer des productions d'énergie ponctuelle créant ainsi des pertes de charges singulières servant à éviter le colmatage (ou décolmatage, je ne suis pas certain de ce rôle) du produit très visqueux.

J'imagine que dans le choix du diamètre, je dois prendre en compte la vitesse max que peut supporter une tuyauterie sans s'abîmer, mais ça, je ne sais pas le calculer.

Il est certain que le type d'écoulement va jouer beaucoup : du laminaire au turbulent, turbulent rugueux ou lisse jusqu'aux pertes de charges singulières... Là, ça va tenir des essais...
A+