Perte de pression en sortie de rotamètre à bille

[invitef0ae0e20]

Bonjour à tous

J'ai un petit problème au travail qui me turlupine: je me sers d'un rotamètre à bille pour réguler un débit de N2 dans un tube en quartz;le tube a une sortie ce qui permet de faire un inertage en circuit ouvert; le gaz provient d'une bouteille à 200 bars, je me sers donc d'un détendeur qui permet de sortir à 5 bars de pression et donc suivant les données du fournisseur à un débit de 20 m3/h (333l/mn) ; je règle mon rotamètre à bille au débit voulu soit 3 l/mn. Jusqu'à présent je croyais qu'un rotamètre permettait juste de régler le débit mais je m'aperçois que la pression aussi est diminuée (un peu au dessus de la P atm en sortie de rotamètre). Je manque un peu de connaissance théorique pour comprendre le pourquoi de cette différence de pression; est ce qu'on peut dire que la baisse de pression est due à la grande différence de pression/débit entre la sortie du détendeur (6 bars/333l/mn) et le rotamètre ( 1bar/3l/mn)?
Merci d'éclairer ma lanterne!
-----

[invitef0ae0e20]

..est ce que ça pourrait être un début de piste: le débit en entrée de rotamètre est de 333 l/mn et à 5 bars, avec la vanne de régulation vissée en entrée de rotamètre,je crée une petite fuite de gaz à 5 bars qui se détend aussitôt à l'intérieur du rotamètre ;je règle mon débit de sortie de rotamètre à 3l/mn; au départ la pression est très faible; en raison de l'opposition de la pression atmosphérique en sortie, la pression du gaz s'accroit pendant une fraction de seconde à l'intérieur du tube de sortie du rotamètre puis une fois la pression atmosphérique dépassée,le gaz circule et va vers le tube de quartz....
En fait si j'avais un rotamètre acceptant le même débit que celui du détendeur, je pourrais conserver la pression de sortie du détendeur....

[cristalsience]

Bonjour a toi
Plutôt compliquer pour moi, je ne serait pas en mesure de te répondre Mais je suis sure que d'autre personne participant a cette discutions te réponde.
désoler !!

[invitef0ae0e20]

...pour préciser ,un rotamètre est un appareil simple: un tube creux conique gradué avec une bille à l'intérieur qui monte et qui descend en fonction du débit qui circule,ce grâce à une petite vanne de régulation en entrée de rotamètre.
Bon j'arrête là mes histoire...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite2313209787891133]

Bonjour

La baisse de pression est tout a fait normale : Le rotametre est conçu pour mesurer un débit en opposant une très faible perte de charge, étant donné que tu te règle avant le débitmètre il est tout a fait logique que la pression soit presque identique à la pression atmosphérique, par contre elle est à 5 bars devant la vanne de réglage.

[invitef0ae0e20]

Merci d'avoir pris le temps de répondre. Effectivement la bille induit une très faible perte de charge; je ne suis pas certain de bien saisir ce que tu as voulu m'expliquer en écrivant: "...étant donné que tu te règle avant le débitmètre il est tout a fait logique que la pression soit presque identique à la pression atmosphérique..";
L'ennui est que je manque de théorie, c'est pas toujours gagné pour comprendre ....

[sitalgo]

B'soir,

Ce n'est pas parce qu'il y a 5 bars à 333l/min, qu'il y aura 5 bars à 3 l/min. Le débit dépend de la pression réglée au détendeur et des diverses pertes de charges. Si tu sors en quasi court-circuit, pour faire une analogie électrique, il faut très peu de pression pour un débit donné. Par contre si tu ajoutes des résistances, il faudra augmenter la pression au détendeur pour garder le même débit.

[invitef0ae0e20]

"..Le débit dépend de la pression réglée au détendeur et des diverses pertes de charges"
Merci d'avoir répondu!
Le débit en sortie de détendeur est largement supérieur à celui de sortie de rotamètre et je crée une perte de charge avec la vanne de régulation pour diminuer le débit à l'entrée du rotamètre...

[invitef0ae0e20]

...en fait, pour un balayage ces questions que je me pose n'ont pas beaucoup d’intérêt (sauf pour la compréhension), mais on m'a demandé de générer un débit précis de 1atm avec un mélange de gaz et j'ai été étonné de constater que la pression de sortie était à peine supérieure à cette valeur...

[invitef0ae0e20]

Je fais remonter un petit coup et j'arrête....ce qui m’intéresserai vraiment ce serait de pouvoir théoriser ce phénomène...mais en fait c'est peut être juste moi qui ne comprend rien à rien....même les choses simples...

[invite2313209787891133]

Le problème est d'arriver à donner une explication simple et intuitive pour quelqu'un qui n'a pas forcément une formation adaptée.

Tu peux imaginer que le détendeur amène la pression à 5b, l'air passe par un très petit orifice (la vanne de réglage de débit), puis par un orifice beaucoup plus gros (le débitmètre, les tubes).
On comprend alors que l'air est freiné très fortement par la vanne, mais très peu par le reste, donc la pression n'est que très peu affectée.

Imagines un tube de quelques centimètres de diamètre, avec un bouchon sur un coté percé d'un petit trou de 1mm.
Si tu souffles dans le tube coté trou la pression dans le tube sera identique à la pression atmosphérique. Si tu par contre tu souffles de l'autre coté la pression dans le tube sera la même que dans tes poumons, jusqu'à la sortie du petit trou où elle chutera à la pression atmosphérique.

[sitalgo]

Je reviens à l'analogie électrique car c'est très comparable. La tension est la pession, le débit l'intensité.
Tu as une source de courant qui sort une certaine tension (le réservoir + détendeur qui limite la pression de sortie à 5 bars). Pour réguler l'intensité on met une résistance réglable (la vanne de réglage) dont la résistance est importante, donc différence de tension importante à ses bornes.
Ensuite on a un appareil (ex un ampèremètre qui est le rotamètre) dont la résistance est faible, donc différence de tension faible à ses bornes.
Même s'il y a une résistance après ce système, le gros des différences de tension est au bornes des grosses résistances. La différence de tension avant et après l'appareil de mesure restera très faible.

[invitef0ae0e20]

Merci à vous de vous être penché sur mon cas!
Je vais prendre le temps de bien réfléchir à vos explications; l'analogie électrique me parle assez,je devrais y arriver....
Sinon question théorie je connais assez bien la mécanique des fluides incompressible mais je ne sais pas si ça peut aider à comprendre quand se mèlent aux problême la pression...
Du même coup je me suis penché sur le fonctionnement du rotamètre, c'est très intéressant; j'ai appris qu'en début de course (là ou le jeu entre la bille et le diamètre intérieur du tube est faible),c'est la surtout viscosité du fluide qui détermine la position; ce qui permet par exemple si on ne possède pas la courbe étalonnage d'un gaz,de se servir de la courbe d'un gaz possédant la même viscosité même si la densité est différente; par contre en fin de course (le plus grand jeu),c'est la densité qui domine; la encore on peut se servir pour comparer 2 gaz aux densités identiques.
Une question: je sors du détendeur à 5 bars à 300l ,si j'avais un rotamètre acceptant un réglage de débit aussi important, je serais donc bien à 6 bars de pression en sortie de rotamètre ?

[sitalgo]

Non, aucun endroit du système ne pourra être à une pression supérieure à 5 bars sauf dispositif ajouté qui consommera de l'énergie (pompe).
Au mieux on pourra obtenir une pression (statique) supérieure dans une section plus grande (en surface) car P + rho.v²/2 = Cte, pour un gaz le rho.g.z sera négligeable. En considérant que P initial est une pression statique, ce qui est certainement le cas.
Vu le rapport entre P = 500 000 Pa et le rho.v²/2 ça ne fera pas lourd.

[invite2313209787891133]

Non, aucun endroit du système ne pourra être à une pression supérieure à 5 bars sauf dispositif ajouté qui consommera de l'énergie (pompe).

Ce n'est pas tout à fait vrai, il est possible de monter à une pression supérieure à la pression motrice pour une fraction du flux en convertissant l’énergie cinétique en énergie potentielle, l'application la plus connue étant le bélier hydraulique.
Bien évidement l’énergie totale reste inchangée.

[sitalgo]

Certes, mais on n'est plus en régime établi, comme doit l'être le système d'Alberto.

[invitef0ae0e20]

"..Une question: je sors du détendeur à 5 bars à 300l ,si j'avais un rotamètre acceptant un réglage de débit aussi important, je serais donc bien à 6 bars de pression en sortie de rotamètre ?..."
..et en plus j'écris des conneries!
Non je voulais dire que si j'avais un rotamètre acceptant 300l je serais bien à la pression de sortie du détendeur (5 bars pour 300l de débit) ?
Pour mieux me représenter mon problème je me suis aidé d'un logiciele qu'on possède au boulot;ce logiciel qui permet dans ses possibilités les plus abordables d'obtenir des représentations graphiques de la circulation des fluides;ce qui m' a étonné c'est que la pression au niveau de la vanne de régulation (que j'ai représenté par une diminution très importante de section ) est déja plus faible qu'à l'entrée; on voit bien ensuite dès l'arrivée du gaz dans le tube que la pression chute.
Je vais faire varier la restriction pour voir ce qui se passe.Si ça vous intéresse, je mettrais lundi des capture d'écran en fichier joint.
Merci pour vos réponses, j'ai maintenant des explications et de la théorie, il ne me reste plus qu'à réfléchir!

[invitef0ae0e20]

..une question: le domaine de la physique dont on parle dans cette exemple, est il ce qu'on appelle la thermo dynamique ? Est ce que c'est un domaine dans la continuité de la mécanique des fluides incompressibles ou alors faut il faire un détour pour l'approcher ?
Déja question math,ça n'a pas l'air d'être de la tarte....

[invitef0ae0e20]

Bonjour

Si je reprends l'analogie électrique (tension= pression; intensité= débit;résistance=perte de charge),alors si je ne place aucune régulation sur un débimètre capable de mesurer un débit de 300l/mn et que j'envoie avec mon détendeur 300l/mn à 5 bars,je devrais avoir une pression de sortie(enfin juste avant de sortir) de presque 5 bars ? Je dis presque parce que le coude entre l'arrivée des gaz et le tube du rotamètre doit induire une perte de charge...non ?
En fait cette interrogation vient du fait que j'ai parié une bouffe avec des collègues (plus cultivés par ailleurs...)qui me disent que quels que soient le débit et la pression, la pression en sortie du rotamètre est à pression atmosphérique.Je pense en fait que soit ils me font marcher...les bougres! soit isl pensent "sortie" ,c'est à dire dans la pièce, soit eux mêmes n'ont pas tout compris à force de travailler avec des débits de sortie très faibles. M'enfin, un rotamètre n'est pas un appareil à transformer de la pression en Patm!!

Ps: J'ai trouvé des animations sympas à cette adresse:
http://www.cegep-ste-foy.qc.ca/frees...ex.php?id=1807

[sitalgo]

..une question: le domaine de la physique dont on parle dans cette exemple, est il ce qu'on appelle la thermo dynamique ?

Non, c'est de la mécanique de fluide. La thermo, comme son nom l'indique, concerne les phénomène mettant en jeu la chaleur. Les deux peuvent intervenir dans un même problème.
Faire bouillir de l'eau : thermodynamique. Dans une cocotte minute avec le titoulet : thermo + mécaflu. Vitesse du titoulet : dito + mécanique du solide.

Si je reprends l'analogie électrique (tension= pression; intensité= débit;résistance=perte de charge),alors si je ne place aucune régulation sur un débimètre capable de mesurer un débit de 300l/mn et que j'envoie avec mon détendeur 300l/mn à 5 bars,je devrais avoir une pression de sortie(enfin juste avant de sortir) de presque 5 bars ? Je dis presque parce que le coude entre l'arrivée des gaz et le tube du rotamètre doit induire une perte de charge...non ?

En théorie, sans perte de charge, la vitesse de sortie du fluide v=racine(2P/rho). P en pascal, rho masse volumique. En pratique il y a toujours des pertes de charges, ne serait-ce qu'au niveau du trou de sortie du fluide.
Ces pertes de charges vont bouffer de la pression. S'il y a juste un bout de tuyau et un rotamètre, c'est sûr que ça va débiter.
Dire que ça sort à la pression atmo est exact mais c'est sans tenir compte de la pression dynamique, pression virtuelle =rhov²/2 mais qui se manifeste par ex sur une plaque face au jet (force due à cette pression qui du coup est devenu une pression statique).
Ce qu'on gagne en vitesse on le perd en pression, ya pas de miracle.

[invitef0ae0e20]

"Dire que ça sort à la pression atmo est exact mais c'est sans tenir compte de la pression dynamique, pression virtuelle =rhov²/2 mais qui se manifeste par ex sur une plaque face au jet (force due à cette pression qui du coup est devenu une pression statique).

Nous y voila!! C'est pour ça qu'on ne se comprenaient pas! Il y a 2 types de pression, l'une statique et l'autre dynamique.
Du coup qui c'est qui paye l'addition au resto ?....
Je vais réaliser la manip pour voir ce que ça donne (si je trouve un débitmètre à gros débit).
Merci pour les renseignements.

[invitef0ae0e20]

..oui donc, je commence par calculer la vitesse du gaz puis je calcule la pression dynamique en me servant du résultat que j'ai trouvé sur la vitesse....

[sitalgo]

Nous y voila!! C'est pour ça qu'on ne se comprenaient pas! Il y a 2 types de pression, l'une statique et l'autre dynamique.

Regarde le principe du Venturi.

Je vais réaliser la manip pour voir ce que ça donne (si je trouve un débitmètre à gros débit).

Mets un casque antibruit.

[invitef0ae0e20]

Salut

C'est sur que ça va faire du bruit! Je trouve une vitesse de 880 m par seconde en sortie de détendeur....enfin bon, la situation ne sera pas pire que lorsqu'on se sert d'une soufflette d'atelier à 6 bars de pression dynamique (si j'ai bien compris).
J'ai bien regardé l'effet venturi, effectivement je comprends mieux pourquoi sur ma simulation logiciel, j'observe une perte de pression au niveau de la vanne : la section diminuant,la vitesse augmente et la pression chute.
Ce qui m'inquiète (pour ce qui est de payer la note),c'est que les rotamètres Brooks dont on se sert, sont étalonnés à x Nl/mn à 1 Atm et à 20 °, ce qui veut dire que même si je trouve un débimètre de 300l/mn, je ne pourrais pas atteindre les 5 bars à ce débit....

[invitef0ae0e20]

..encore une question qui m'agace, sur la tuyauterie de la soufflette d'atelier (air comprimé alimenté par un compresseur ) ,un manomètre indique 6 bars de pression, que l'on se serve de la soufflette ou non. Quelle est la pression que l'on mesure ?
Ce que je comprends, c'est qu'on mesure la pression statique au repos et la dynamique en service et je le prouve, on gonfle nos pneus de vélo avec la soufflette . Dit autrement;est ce qu'on peut mesurer une pression dynamique ou statique avec un manomètre ? C'est ce que je compte faire sur ma manip.....un peu comme sur la tuyauterie de la soufflette.

[sitalgo]

soufflette d'atelier à 6 bars de pression dynamique (si j'ai bien compris).

Non, c'est statique. Les 6 bars sont dans le réservoir, ensuite quand le fluide prend de la vitesse il est à moins de 6 bars + pression dynamique = pression totale de 6 bars. Hors pertes de charge.
La pression dynamique représente l'énergie cinétique du fluide, elle est prise sur la statique (énergie potentielle élastique) sinon il y aurait création d'énergie gratuite (principe de conservation de l'énergie).
Regarde le tube de Pitot, qui mesure la pression totale, et le tube de Pitot-Prandtl qui mesure la pression dynamique (en faisant la différence totale - statique).
Sans obstacle la pression dynamique ne se manifeste pas, un tube de Pitot crée un obstacle pour la mesurer.