Mesure de débit - canalisation parallèle

[invite4235f385]

Bonjour,


Je suis en train de travailler sur un système qui injectera un produit dans une canalisation d'eau, dont le débit va jusqu'à 1000 litres par minutes. Le système est basé sur une Arduino qui pilote les injecteurs. Mais la quantité de produit que j'injecte doit être proportionnelle à la quantité d'eau. Je dois donc mesurer le débit dans la canalisation d'eau.
Sauf que les systèmes de mesure de débit permettant de mesurer jusqu'à 1000 lpm sont hors de prix. L'idée serait donc de mettre un Y sur la grosse canalisation afin de mettre cette grosse canalisation en parallèle avec une toute petite, et ce sur une vingtaine de centimètres (donc PdC négligeables). Sur la toute petite canalisation je met mon capteur de débit (je peux mesurer jusqu'à 30 litres par minutes) et je calcule le débit global à partir de ce débit sur la petite canalisation.

La question est de savoir si "logiquement" ça tiens debout et quel sera le lien entre le débit global et celui de la petite canalisation? Est-ce que c'est simplement une proportion en fonction de la section?
Exemple:
Grosse canalisation 60mm de diamètre donc 2826mm2
Petite canalisation 10mm de diamètre donc 78,5mm2
Section des deux: 2826+78,5=2904,5mm2
Débit mesuré dans la petite canalisation: 15lpm
Débit global = (15/78,5)*2904,5=540 litres par minutes

ça tiens la route ou c'est du grand n'importe quoi?

Et si c'est du grand n'importe quoi, comment faire pour mesurer ce débit?

Merci!
PL
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[albi69]

Bonjour.
Ce principe existe en électricité, mais en utilisant une résistance. Les électrons sont beaucoup plus disciplinés que les molécules d'eau. Votre principe ne fonctionnera pas.
Il faudrait dans un premier temps nous dire quelle précision vous désirez pour la mesure du débit.
Un système de mesure est peu onéreux, il consiste à mesurer la perte de charge dans un diaphragme situé sur la canalisation principale et calculer le débit en fonction de la section du diaphragme.
Il faudrait aussi savoir dans quelle plage se situe la variation de débit.

[RomVi]

Bonjour

Ce système peut fonctionner si les pertes de charge des 2 cotés sont relativement importantes.
On peut effectivement utiliser un diaphragme et mesurer la perte de charge, mais ces systèmes de mesure ne fonctionnent que dans une plage assez réduite, et ils sont délicats à mettre en œuvre ; pour être sur de la fiabilité il faut utiliser un système "officiel", et il coutera autant sinon plus qu'un débitmètre électromagnétique (qui est beaucoup mieux).
Quel est ton budget pour effectuer cette mesure ?

[inviteb8092abb]

Bonjour,

Le fait de rétrécir le tuyau ne modifie pas le débit, il accélère la vitesse du fluide (Q=s*v). Pour mesurer, on peut se baser sur l'effet Venturi. Il faudrait un manomètre sur le gros tuyau et un autre sur le petit tuyau, noter la différence de pression, et par calculs retrouver le débit.

[A voir en vidéo sur Futura]

[RomVi]

En théorie ça marche peut être mais en pratique c'est difficilement applicable, cela revient à utiliser un organe déprimogène comme plus haut et il faut une sérieuse connaissance du principe pour le mettre en oeuvre. Par ailleurs il n'y a aucun intérêt à le faire sur les 2 conduites (ce qui augmenterait les incertitudes, déjà grande avec ce type de mesure), autant ne le faire que sur la conduite principale.
Il serait à mon avis plus judicieux de proposer des méthodes éprouvées plutôt que de chercher à réinventer l'eau chaude.

[inviteb8092abb]

Une autre solution. Utiliser un speed lock fixé sur le tuyau qui plonge à l'intérieur et à partir de la vitesse relevée calculer le débit correspondant.

[albi69]

Bonjour,
@RomVi, le système avec diaphragme et capteurs de pressions sur la ligne principale est tout à fait courant et éprouvé. Il est beaucoup utilisé pour mesurer des débits dans les systèmes oléohydrauliques.
Une perte de charge de 0.1 ou 0.2 Bars permet déjà une bonne définition du débit.
Il est évident que si la variation de débit est importante, ce système ne sera peut être pas adapté.
Dans les systèmes simples et pas énormément précis, il existe aussi les tubes de PITOT.
Le problème de départ manque de précisions.

[RomVi]

Je n'ai pas dis le contraire dans la réponse que j'ai faite suite à ton message. Je dis simplement que ce type de mesure ne peut pas s'improviser, il faut utiliser un diaphragme usiné, placer les prises de pression avec un très grand soin, et la précision est médiocre si le débit varie beaucoup. Cette méthode est d'un autre age, et a été remplacée par d'autres types de capteurs moins couteux et plus fiables, sauf cas particulier où ils restent encore la meilleure alternative.

Pour proposer une solution il faudrait avant tout que l'auteur donne un budget.

[invite4235f385]

Merci à tous pour vos réponses. Comme demandé par plusieurs d'entre vous, je vais détailler le problème.

Je suis dans une asso, au Brésil, asso qui ouvre des casernes de sapeurs-pompiers volontaires. Le but est de créer ce qu'on appel un CAFS (Compress Air Foram System) c'est à dire un système générateur de mousse.
Pour faire de la mousse, on injecte un produit dans l'eau (type détergent), puis on ajoute de l'air.
Principe (dans l'ordre): réservoir d'eau, pompe, injecteur en ligne qui utilise l'effet Venturi pour aspirer le "détergent" à partir d'un bidon, puis au bout une lance avec des trous qui, également par effet Venturi, vont aspirer de l'air. (voir ici http://img.xooimage.com/files43/0/f/...95-2020ec1.jpg)

On peut également mettre une lance qui n'aspire pas l'air. On a alors une solution eau+détergent qui change la tension superficielle de l'eau, sans qu'on ait de "mousse"
On aussi le CAFS qui injecte à la fois le "détergent", mais aussi de l'air donc qui travaille avec un véritable injecteur et pas par simple effet Venturi.

L'idée globale est de faire un CAFS avec un Arduino pour contrôler ce qu'on injecte (donc pilotage des injecteurs) et pour mesurer le débit en temps réel.
On aurait donc dans l'ordre: réservoir, pompe, Arduino avec mesure de débit et pilotage des injecteur, tuyau, lance

Sur l'Arduino, on peut décider de ne rien injecter du tout (donc ni détergent ni air) ce qui met l'Arduino en mode "mesure de débit". Intéressant pour nous car on mémorise le débit, les variations de ce débit etc... et on sait donc ce qui a été fait durant l'extinction (temps d'ouverture des lances, à quel débit etc...)

L'opérateur peut aussi décider d'injecter seulement le détergent. Auquel cas une molette lui permet de déterminer le %. L'Arduino connaissant le débit en eau, va ouvrir et fermer cycliquement l'injecteur pour envoyer le bonne proportion de produit. Idem pour l'air.

Voyons vos questions:
- Fiabilité de la mesure. Pas de grosse nécessité, loin de la. Le débit n'est pas réglé à la pompe, mais à la lance, par le pompier. Or ce réglage se fait en tournant une bague sur la lance et ce réglage n'est pas super précis. En plus les lances n'ont généralement que 3 ou 4 débits (typiquement 150, 300 et 500lpm). Donc si on détecte 140 ou 170 on sait que la lance est sur 150 (par exemple). Les plages de débit sont donc plutôt larges et ce qui nous intéresse ce n'est pas tant le débit parfaitement exacte que de savoir la position de débit sur la lance.
- Le coût et l'usage de manomètres. Elements fondamentaux dans le choix! Il y a des fabricants de mano au Brésil mais le matériel n'est pas fiable. Il faudrait donc importer mais ici les taxes d'import sont énormes. En clair, financièrement impossible.
Autre point validant notre volonté d'outils "basique": le Brésil est grand. On a une caserne a 2500km de notre siège! Donc facile d'imaginer les difficultés avec des manos pas fiables par exemple.

La solution que l'on a trouvé consiste donc à utiliser un débitmètre de toute petite taille (cf. https://www.generationrobots.com/fr/...let%C3%A9.html) qui ne mesure que des débit jusqu'à 30lpm. Et à partir de ça faire une extrapolation.
On ne peut utiliser que des équipements simples, facile à trouver. C'est donc malheureusement assez limité.

En terme de diamètre des canalisations, c'est nous qui choisissons.
La question se résume donc sous la forme: comment puis-je mesurer un débit du genre 500lpm, en ayant un petit débitmètre qui ne monte que jusqu'à 30lpm maxi?
En espérant que cela ait éclairé le propos

Amitiés
PL

[invitef449a3e9]

Salut,

En effet pas de solution simple à premiere vue.

Si je voulais un capteur le moins cher possible, en effet je me laisserai tenter par la deviation parallèle proposée et il resterai à faire une mesure precise intrusive sur la conduite principale par un appareil de mesure externe (remplir un fut de 200L en x secondes) et faire la correspondance Debit petite conduite <=> Debit grosse conduite dans le code arduino.

Ca deplace neamoins pas des masses le probleme initial, comment mesurer le debit de la grosse conduite Y a pas une pompe qui donnerai sa vitesse de rotation et sa puissance pour estimer le debit?

[invitef449a3e9]

Il est important de faire une petite perte de charge sur la grosse cannalisation comme un coude mais qui ne soit pas affective sur la petite section de mesure :
--mesure--
\ \____ / /
\______/

De facon a encourager le fluide à passer dans le canal de mesure (qui doit faire tourner des petite aillettes si j'ai bien compris).

[RomVi]

Bonjour

Si tu n'a pas besoin d'une grande précision il est possible de mesurer directement la pression au refoulement de la pompe, celle ci dépend du débit.

[invite4235f385]

Il est important de faire une petite perte de charge sur la grosse cannalisation comme un coude mais qui ne soit pas affective sur la petite section de mesure :
--mesure--
\ \____ / /
\______/

De facon a encourager le fluide à passer dans le canal de mesure (qui doit faire tourner des petite aillettes si j'ai bien compris).

Exact. Le débitmètre est composé d'une petite hélice qui tourne et sur son axe il y a un petit aimant (effet Hall). Donc de toutes façons, l'Arduino ne reçoit pas une valeur de débit mais seulement des impulsions. La mesure se fait en comptant le nombre d'impulsions sur une durée définie (par exemple nbr / seconde) puis en faisait un calcul. D'après pas mal d'articles, il est indiqué que le coefficient à appliquer (coefficient qui est donné par le fabricant) n'est pas super juste. Il est donc conseillé de faire un test (comme tu dis, avec par ex. un fût de 200L) afin de moduler ce coefficient. Comme les lances sont différentes entre les camions, tout comme les pompes, je pense que j'inclurais une procédure de test dans l'Arduino afin que la caserne puisse faire le test et donc calibrer l'appareil.

J'en arrive à penser que l'élément le plus délicat va être la dérivation (donc la pièce en forme de Y) qui doit à la fois forcer une partie de l'eau à aller dans la petite conduite, mais en même temps, "pas trop".

Les recherches continuent!

Amitiés
PL

[soliris]

Bonjour,

Et si c'est du grand n'importe quoi, comment faire pour mesurer ce débit?

Merci!
PL

Les questions que l'on se pose son-elles du "grand n'importe quoi" ?

Croire que les débits se conservent, c'est oublier les résistances hydrauliques qui augmentent avec la diminution des sections; le débit dans la grande canalisation (A) serait égal au débit dans la petite canalisation (B) multipliée par [ section² (A) / section² (B) ]... selon moi

[RomVi]

En théorie le débit va se partager, mais dans les faits ça ne fonctionnera pas. Ce n'est pas compliqué, il n'existe aucun système de mesure basé sur ce principe, ce n'est pas pour rien.
La solution la moins mauvaise au vu des contraintes est à mon avis celle de albi69 : Utiliser un diaphragme et faire une mesure de perte de charge.

[invite4235f385]

Les questions que l'on se pose son-elles du "grand n'importe quoi" ?

cela concerne l'idée donc la réponse et pas la question

Croire que les débits se conservent, c'est oublier les résistances hydrauliques qui augmentent avec la diminution des sections; le débit dans la grande canalisation (A) serait égal au débit dans la petite canalisation (B) multipliée par [ section² (A) / section² (B) ]... selon moi

Ah, je note ça. Merci!

Amitiés
PL

[albi69]

Bonjour,
Il existe cette solution. Le fluide, c'est toujours de l'eau qui sera à une température constante.
Selon les explications, la précision du volume injecté n'est pas très importante.
Le schéma proposé présente un système très simple qui, s'il n'est pas très précis, devrait être répétitif.

[RomVi]

Non, ça ne marche pas non plus, car la turbine n'est pas une résistance parfaite. Elle a besoin d'une vitesse minimale, exerçant une certaine force, pour commencer à tourner, puis cette force chute dès qu'elle commence à tourner. Ce système revient en fait à mesurer la perte de charge, en plus compliqué et en moins fiable.

[albi69]

Re
Par le passé, j'ai utilisé ce genre de turbine. L'effort de rotation est quasi nul. L'hélice est située dans un corps profilé pour obtenir une vitesse de fluide compatible.
Il est évident que la turbine va créer une perte de charge complémentaire, ce ne sera donc pas un système parfait. Mais,il sera répétitif.
J'ai noté que l'automatisme pouvait être adapté à la réalité ou étalonné.
Je n'ai pas les caractéristiques de la turbine, peut être que la pression de 0.04 Bar n'est pas compatible, il faudra alors modifier les diamètres des diaphragmes.

[invite4235f385]

Non, ça ne marche pas non plus, car la turbine n'est pas une résistance parfaite. Elle a besoin d'une vitesse minimale, exerçant une certaine force, pour commencer à tourner, puis cette force chute dès qu'elle commence à tourner. Ce système revient en fait à mesurer la perte de charge, en plus compliqué et en moins fiable.

En même temps, la durée durant laquelle la turbine tournera "en forçant" sera très courte. Au niveau de mes mesures, je vais récupérer 3 choses: le moment d'ouverture de la lance, le moment de fermeture et le débit.
Or, on sait que la lance n'est pas ouverte "d'un coup": le boisseau est tournée via la bascule du levier donc au début il y a peu d'eau à passer, puis au fur et à mesure de la rotation du boisseau, de plus en plus, jusqu'à une stabilisation. Et idem à la fermeture.
En clair si je mesure tous les 1/10éme de seconde, je vais peut être obtenir une suite de débits telle que:
0lpm, 0lpm, 0lpm, 10lpm, 50lpm, 100 lpm, 150lpm, 150lpm,150lp, 150lpm, 100lpm, 50lpm, 10lpm, 0lpm, 0lpm, 0lpm

Je pourrais donc déterminer le début de l'ouverture de la lance (passage de 0 à 10lpm), la fin de la fermeture (passage de 10lpm à 0 lpm) et le réglage de la lance en analysant le débit en milieu de durée d'ouverture donc ici 150lpm.

Comme le dit albi69, ce qui m'intéresse c'est d'avoir un système "répétable". S'il existe une solution "calculée", super! Sinon il restera toujours la solution consistant à faire une série de test et produire un abaque. :/

Amitiés
PL

[albi69]

Re
Le calcul est simple, Q1/Q2 = D1²2².
Il suffit de faire une seule série de tests pour étalonner la turbine.
L'obtention de diaphragmes précis sera plus difficile. Ne pas oublier que l'amplification du système est de 20 et que le débit varie avec le carré du diamètre. Fatalement, d'une installation à l'autre, il y aura des différences.

[albi69]

Q1 / q2 = d1² / d2²

[RomVi]

Re
Par le passé, j'ai utilisé ce genre de turbine. L'effort de rotation est quasi nul.

Une turbine en plastique compatible Arduino, ou une véritable turbine de mesure ? Pour avoir utilisé les 2 ce n'est absolument pas comparable.
Ce système sera peut être répétitif dans l'erreur, mais d'une part il sera difficile à interpréter car l'indication va dépendre de "l'historique", et d'autre part il faut rester conscient que ce n'est pas de l'eau osmosée qui va passer la dedans, mais de l'eau de forage, et les débitmètres a turbine n'aiment pas beaucoup ça.

[albi69]

Véritable turbine, je ne connais pas ARDUINO.

[invitef449a3e9]

Salut,

Si la fiabilité est un imponderable, il faut faire la mesure du debit par calcul et par extrapolation du fonctionnement de la pompe :

Soit c'est une motopompe, il ya une soupape de surpression qui empeche la cavitation à debit nulle. Connaitre le regime de rotation de la pompe + le regime correspondant ou la soupape va commencer à s'actionner donne une serieuse idee du debit.

Soit c'est une pompe electrique, meme principe mais je serai etonné vu les debits 1000L/min.


Autrement une solution peutetre bien plus simple niveau tuyauterie, partir du principe que le boiseau de sortie en s'ouvrant va faire chutter la pression :

installer un bete piquage (avec un gicleur pour etre dans la bonne plage de debit) à la sortie de la pompe dont le fluide de mesure repart vers le reservoir tampon, finit les contraintes de conduites parralleles!

[RomVi]

Les pompes de groupe incendie sont entrainées par un moteur électrique ou diesel, mais la pompe reste toujours une centrifuge, d'où ma proposition de mesurer la pression au refoulement.

[invite4235f385]

Les pompes de groupe incendie sont entrainées par un moteur électrique ou diesel, mais la pompe reste toujours une centrifuge, d'où ma proposition de mesurer la pression au refoulement.

Nous avons des pompes centrifuges mais aussi des pompes lobulaires. Par contre ce sont toujours des pompes à moteur thermique.
Je note toutes les idées. On devrait commencer les tests d'ici un mois ou deux.

PL

[albi69]

Bonjour
Le débit d'une pompe centrifuge varie avec la pression, comme le dit RomVi un capteur de pression en sortie de pompe serait la solution la plus simple, mais il faudrait rentrer dans l'automatisme la courbe débit/pression de chaque pompe.
Les pompes lobulaires sont plutôt de type volumétrique, je suis surpris par leur présence dans cette application. Un capteur sur la pompe ne donnerait pas l'indication de débit.

Petite précision concernant la turbine de mesure, il faudrait installer une crépine pour la protéger des grosses particules présentes dans l'eau.
L'installation de cette crépine suivant le plan ci-dessous favorise le décolmatage automatique grâce à la vitesse de l'eau qui chasse les grosses particules accumulées.

[invite4235f385]

Bonjour
Le débit d'une pompe centrifuge varie avec la pression, comme le dit RomVi un capteur de pression en sortie de pompe serait la solution la plus simple, mais il faudrait rentrer dans l'automatisme la courbe débit/pression de chaque pompe.
Les pompes lobulaires sont plutôt de type volumétrique, je suis surpris par leur présence dans cette application. Un capteur sur la pompe ne donnerait pas l'indication de débit.

Petite précision concernant la turbine de mesure, il faudrait installer une crépine pour la protéger des grosses particules présentes dans l'eau.
L'installation de cette crépine suivant le plan ci-dessous favorise le décolmatage automatique grâce à la vitesse de l'eau qui chasse les grosses particules accumulées.

L'usage des pompes lobulaires n'est effectivement pas courant en Europe. Je n'en avais jamais vu en opération "pompier" avant de venir au Brésil alors que j'ai donné cours d'incendie en Italie, Portugal, France, Belgique... Je n'y ai toujours vu que des centrifuges. Par contre au Brésil c'est relativement courant et le résultat est intéressant car ces pompes sont très résistantes et peu onéreuses. Il faut simplement un système de dérivation automatique, une sorte de clapet qui s'ouvre tout seul pour permettre un retour quand on ferme la lance.
Pour les courbes de pompes, nous ne pouvons pas les avoir.

Soyons clair: nous ne pouvons PAS prendre de matériel "pompier". Pourquoi? La France a 66 millions d'habitants, le Brésil plus de 200 et le Brésil est 13 fois grand comme la France. Mais en France il y a 250.000 sapeurs-pompiers alors qu'il n'y en a que 70.000 au Brésil. Résultat, ici il n'y a pas de marché. A ceci s'ajoute que la mentalité commerciale Brésilienne consiste à vendre peu d'exemplaires, très chers, cet équipement étant importé ou fabriqué localement à très basse qualité. Ceci amène au fait que la matériel pour les sapeurs-pompiers est soit de très mauvaise qualité, soit il est complètement hors de prix.
Nous devons donc trouver des solutions simples, peu onéreuses et que nous pouvons mettre en place nous-mêmes. Même si elles ne sont pas "parfaites" dans la situation actuelle, c'est ça ou rien du tout. Nous fabriquons nos casques, nos équipements de désincarcération, nous allons commencer prochainement la fabrication d'échelles de 18m etc... C'est du boulot, mais on a pas le choix.

Pour l'idée de la petite crépine, je garde ça dans un coin. Merci!

Amitiés
PL

[albi69]

Bonjour
Et un truc comme ça ?
https://i.ytimg.com/vi/7POOLpvRD3k/maxresdefault.jpg