TP3méthodes de Mesure de Débit [PDF]

Zitiervorschau

Compte-rendu 4 : Tp3 :

Etude des Méthodes de mesure de débit et de perte de charge D’après :

Hajlaoui Dhekra Khalifa Ilef Rgaieg Manar Ghada Sghaier Frigui Belsam

Introduction :

* 2 éme GC Bat « 2 »*

La connaissance des débits de fluides circulant dans des canalisations est non de moindre importance pour un ingénieur, surtout en génie civil où l’hydraulique est une branche qu’il doit maîtriser. Cependant, les méthodes de mesure de débit ne sont pas moindres, et leur précision varie elle aussi. 1. But de la manipulation : -Déterminer le débit c’est mesurer le volume ou la quantité de matière qui traverse une surface donnée par unité de temps (La section de la conduite par exp). -C’est une notion très importante dont dépendent beaucoup de paramètres hydraulique .Et lors de cette expérience nous allons mesurer le débit via trois méthodes :

 La méthode du diaphragme ;  La méthode du venturi ;

Le chronométrage direct pour un volume déterminé.

2. Description de l’appareil utilisé :

L’appareil servant dans cette étude (dont l’image figure dans l’annexe pour meilleure identification), a son schéma représenté dans la figure suivante :

 

L’eau pompée pénètre le débitmètre par le venturi en plexiglas, pour ensuite s’écouler dans un divergent puis dans une conduite droite, pour passer dans un diaphragme puis en/n, par un rotamétre constitué d’un tube en verre calibré et un flotteur. La pompe en elle-même permet de mesurer le débit en chronométrant de remplissage du réservoir à une certaine quantité. Les prises de pression sont come illustrées dans la figure ci-dessus. Il est a noter que le flotteur n’est point comme n’importe quelle pièce métallique de cette forme, mais possède une caractéristique géométrique majeure : son centre de gravité se situe au point le plus bas de son axe de révolution, lui procurant ainsi une horizontalité quasi parfaite, et donc une lecture on ne peut plus précise.

-Appareil didactique d'étude des mesures de débit permettant d'étudier différentes méthodes de mesure de débit à base d'un Venturi, d'un diaphragme et d'un débitmètre à flotteur. Le banc permet de mettre en application l'équation de la conservation d'énergie en écoulement permanent (l'équation de Bernoulli). Les organes déprimogènbes sont transparents afin que les étudiants puissent visualiser le cheminement du fluide à l'intérieur. Fourni avec manuel d'exploitation pédagogique complet avec travaux pratiques (TP).

Exploitations pédagogiques Cet équipement pédagogique permet de réaliser les travaux pratiques (TP) suivants: - Application du théorème de Bernoulli pour un fluide incompressible. - Comparaison directe des mesures de débit effectuées par un Venturi, un diaphragme et un rotamétre. - Comparaison des pertes de charge au passage de chaque dispositif de mesure de débit - Comparaison des pertes de charge à travers un élargissement brusque et un coude à 90° Fourni avec manuel d'exploitation pédagogique complet avec travaux pratiques (TP).

3. Théorie : L’expression du débit massique est donnée par la formule : « Q = ρxSBxVB ». Dans les deux premières méthodes on déterminera le débit indirectement en calculant la vitesse du fluide sachant la différence de pression qu’il y a.

a)

Venturi : On peut déterminer VB en fonction de la différence de pression entre A et B, sans tenir compte des pertes de charge :       

Où   désigne la hauteur piézométrique indiquée par le multi-manomètre. b)

Diaphragme :

De même la vitesse au niveau du diaphragme est donné par :

Et on a :

r/ 0.1 R C

c

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.61 0.61 0.62 0.63 0.64 0.66 0.68 0.72 0.78 1 6 2 3 4 2 7 2 1

c)

Rotamétre (Se détermine a partir du courbe)

4. Calcul effectué : On varie le débit et on note les valeurs indiquées par les manomètres autours du venturi et du Diaphragme, la hauteur du flotteur, et le temps nécessaire pour remplir 15 Litre du liquide.

Hauteurs piézométriques (mm d’eau) N°

A

B

E

F

Essai

L’Indication Temps Q Rota mètre (s) (Kg/s) (cm) r

1

380 202 338 146

160

42

0.357

2

365 218 331 175

147

45

0.333

3

352 232 325 202

133

48

0.312

4

340 252 320 228

116

62

0.241

5

332 263 319 243

104

66

0.227

6

326 279 316 266

86

82

0.182

7

323 287 315 278

75

92

0.163

8

319 300 314 296

52

128

0.117

9

317 306 315 304

41

209

0.0717

Calcul de débit par les 3 méthodes :

A partir de ces valeurs, on peut calculer le débit d’écoulement par trois méthodes différentes, ainsi que l’erreur relative à chaque méthode. -Qr = ρ*0, 015 / T    = 0.357 kg/s  -Q ρ *(π * (D ) /4) * √ ((2*g/ (A /A ) -1))*(h -h ) =ρ *(π * (D ) /4) * √ ((2*g/ (A /C * S ) -1))*(h -h ) D=

E

E

C

d

2

2

E

E

F

F

2

E

F

1/2

1/2

=1.40839* (h -h ) = 0.6130 (Kg/s) E

F

1/2

-Q ρ *(π * (D ) /4) * √ ((2*g/ (A /A ) -1))*(h -h ) = 0.96*(h -h ) =0.4 (Kg/S) v=

B

2

A

Essai  1 2 3 4 5 6 7 8 9

B

B

2

1/2

Q (Kg/S) 0.6130 0.551 0.501 0.421 0.380 0.301 0.263 0.180 0.147 d

A

Q (Kg/S) 0.400 0.361 0.314 0.275 0.242 0.199 0.172 0.114 0.08 v

A

B

1/2

E

2

*Courbe Q =f (√ha-hb) : v

0.45 0.4 0.35

Qv

0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

(√(ha-hB)

*Courbe Qd=f (√he-hf): 0.7 0.6

Qd

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

0

50

100

150

√(he-hf)

200

250

*Courbe Qr= f (l): 0.007 0.006 0.005

Qr

0.004 0.003 0.002 0.001 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

I

*Courbe de Qv et Qd = f(Qr) : Qd

0.7 0.6

Qd et Qv

0.5

Qv

0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Qr

rapport : Rapport de QV: Pv=Qv/Qr=0.4/0.357=1.12 Rapport de Qd: Pd=Qd/Qr=0.613/0.357=1.717

0.35

0.4

Calcul de

-On remarque que les points obtenus sur le graphe sont trop proche de la droites et que la pente est proche de 1(surtout pour le venturi) …Pv plus proche de 1 c’est-à-dire que les valeurs de venturi sont plus précises et plus proche de les valeurs théoriques. -Aussi On remarque que les droites sont décalées de l’origine du repère

**Tableau de Reynolds de diaphragme : Qd (Kg/s) 0.613 0.551 0.501 0.421 0.380 0.301 0.268 0.180 0.147

viscosité (10 -6 m²/s) à 20 C° 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005

Reynolds (Qd/viscosité) [*106] 0.6099 0.5482 0.4985 0.4189 0.3781 0.2995 0.2666 0.1791 0.1462

*Tableau de Cq en diaphragme : Qd (Kg/s) 0.613

Qr (kg/s) Cq(Qr/Qd) 0.357 0.58

0.551 0.501 0.421 0.380 0.301 0.268 0.180 0.147

0.333 0.312 0.241 0.227 0.182 0.163 0.117 0.0717

0.60 0.62 0.57 0.59 0.6 0.61 0.65 0.49

*Courbe de Cq : 0.7 0.6 0.5

Cq

0.4 0.3 0.2 0.1 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

reynolds [kg/m2]

C’est une courbe légèrement croissante d’une pente positive… elle est presque une constant …alors Cq et nombre de Reynolds sont proportionnel.

***Tableau de Reynolds de venturi : Qv(Kg/S)

viscosité (10-6

Reynolds

m²/s) à 20 C° 0.400 0.361 0.314 0.275 0.242 0.199 0.172 0.114 0.08

1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1,005 1.005 1.005

(Qd/viscosité) [*106] 0.39 0.36 0.312 0.273 0.241 0.2 0.17 0.14 0.08

***Tableau de Cq de venturi : Qv(Kg/ S) 0.400 0.361 0.314 0.275 0.242 0.199 0.172 0.114 0.08

Qr Cq(Qr/Qd) (kg/s) 0.357 0.8925 0.333 0.92 0.312 0.99 0.241 0.87 0.227 0.93 0.182 0.91 0.163 0.94 0.117 1.02 0.0717 0.89

***La courbe Cq :

Cq

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 00.05

0.1

0.15 0.2 0.25 reynolds [kg/m2]

0.3

0.35

0.4

0.45

C’est un courbe légèrement décroissant d’une pente d’une pente négative alors Cq et nombre de Reynolds sont inversement proportionnel. Conclusion général : On a fait l’expérience dans ce TP de 3 méthode de mesure de débit différentes dont on a témoigné de l’efficacité et la précision de chaqu’une : La méthode du diaphragme s’est révélée très imprécise face à celle du venturi dont les résultats étaient très proches des valeurs réelles chronométrées. Quant au rotamétre il nous donne directement la valeur du débit connaissant la hauteur du flotteur.