Pourquoi la baisse de pression a de l’importance dans les applications sous-atmosphériques

La baisse de pression est une considération physique et financière importante lorsqu’on travaille sur des applications sous-atmosphériques ou sous vide. La baisse de pression est la perte de pression de ligne causée par la résistance à la friction dans le trajet d’écoulement. Tout peut causer un certain degré de résistance à la friction sur le liquide en écoulement, comme une vanne, des raccords et des tuyaux, et il en résulte une perte de pression. En déterminant la quantité de baisse de pression causée par ces éléments, vous pouvez calculer combien de pression il vous faut pour faire fonctionner votre procédé. Plus la baisse de pression totale du système sera importante, moins vous aurez besoin de gaz pour le faire fonctionner, ce qui vous fera économiser de l’argent.

Comment fonctionne la baisse de pression

La pression statique affecte la quantité de pression en baisse sur un débitmètre massique Alicat, et c’est important à considérer lorsqu’on choisit un appareil pour l’utiliser dans des conditions de pression sous-atmosphérique. Les appareils Alicat calculent les débits en mesurant la pression différentielle dans un tas de flux laminaires. Puisque le flux est laminaire, nous pouvons utiliser l’équation de Hagen-Poiseuille pour calculer la baisse de pression provoquée par un appareil Alicat. L’équation est notée comme suit :

∆P= 8ηLQ/(πr^4)

Où :
ΔP = baisse de pression
L = longueur du tuyau
η = viscosité du liquide
Q = débit volumétrique
r = rayon du tuyau
π = constante mathématique Pi

Puisque les débitmètres massiques Alicat mesurent la baisse de pression en interne, L et r sont constants pour chaque appareil de débit.  En supposant que la viscosité du gaz (η) reste la même, la baisse de pression augmente proportionnellement au débit volumétrique.

ΔP ∝ Qη

Dans un article précédent, nous avons expliqué que diminuer votre pression de fluide statique augmente le volume du gaz s’écoulant au travers de votre système et donc votre débit volumétrique. En gardant cela à l’esprit, la relation ci-dessus montre qu’en augmentant le débit volumétrique (comme résultat de notre diminution de la pression statique) on augmente aussi la baisse de pression.

Dans le but de simplifier ce concept, je vais prétendre que la température reste constante ou n’existe pas dans l’exemple suivant. Supposons que je remplisse un ballon qui a été gonflé de façon à rentrer parfaitement dans un tube. Je prends ensuite la route jusqu’à la montagne avec ce même ballon et ce même tube, et j’essaye de faire rentrer le ballon dans le tube. Puisque je suis à une élévation supérieure, il y a moins de pression comprimant les molécules dans le ballon, ce qui fait que le ballon a augmenté de taille et de volume. Je peux toujours faire rentrer le ballon dans le tube, mais je dois y mettre plus de force puisqu’il prend maintenant plus de volume et génère plus de résistance contre les parois du tube. La baisse de pression augmente à mesure que la pression statique augmente.

Calibrer les débitmètres pour les applications sous-atmosphériques

Comprendre cette relation entre pression statique et baisse de pression va vous aider à choisir l’appareil de débit massique qui correspond le mieux à votre application sous-atmosphérique. Les fiches techniques produits sur notre site web fournissent les baisses de pression pour les débitmètres massiques et les régulateurs Alicat à des pressions atmosphériques. Supposons que nous devions trouver un débitmètre massique qui peut mesurer un maximum de 500 cccm à la moitié d’une atmosphère (½ atm) de pression (environ 7,4 psia). Dans notre article précédent, nous avons vu que 500 cccm deviennent 1 000 ccm à ½ atm. Puisque nos appareils sont, par défaut, calibrés pour le débit massique et non le débit volumétrique, vous aurez besoin d’augmenter la taille de votre appareil pour tenir compte du volume accru de gaz.

Pressure effects on air in motion

La solution est de choisir un appareil de 1 000 ccnm (numéro de série M-1SLPM-D Alicat) au lieu d’un appareil de 500 ccnm (M-500SCCM-D), et demander ensuite une plage personnalisée de 500 ccnm pour le débit massique et 1 000 ccnm pour le débit volumétrique. Ces deux instruments ont des baisses de pressions complètes de 1 psid à 1 atm. À ½ atm, la baisse de pression du débitmètre massique M-500SCCM-D doublerait en théorie jusqu’à 2 psid à pleine échelle, puisque le volume du gaz a doublé. Toutefois, en utilisant le plus grand débitmètre M-1SLPM-D à ½ atm on obtient une baisse de pression complète de 1 psid. En fait, nous doublons la taille du tube pour faire rentrer un ballon qui a doublé de taille. À ¼ atm, vous auriez besoin du débitmètre M-2SLPM-D avec une plage de 500 ccnm pour le débit massique et 2 000 pour le débit volumétrique, puisque le débit volumétrique est maintenant 4 fois le débit massique.

Débitmètres massiques avec une faible baisse de pression

Maintenant, cela fonctionne si vous avez suffisamment de pression dans votre système sous-atmosphérique pour pouvoir perdre un psi entier dans le débitmètre. Si nous regardons la pression disponible at ½ atm, la baisse de pression dans le débitmètre surdimensionné M-1SLPM-D restreint 1 psid, ou environ 14% de votre pression disponible. Cela devient encore plus serré en travaillant à ¼ atm, où le débitmètre surdimensionné M-2SLPM-D induit encore une baisse de pression de 1 psid, ce qui est maintenant 27% de votre pression disponible. Cela n’est pas optimal, surtout si votre pression disponible est limitée.

Pressure drop increases as static pressure decreases. Choose a low pressure drop mass flow meter for use in subatmospheric applications.

La baisse de pression augmente à mesure que la pression statique diminue. Choisissez un débitmètre massique avec une faible baisse de pression pour l’utiliser dans les applications sous-atmosphériques.

Whisper-series mass flow meter, shown with optional color display

Débitmètre massique de série Whisper, montré avec affichage couleur en option

Ah-ha ! Alicat a une solution : Nos débitmètres massiques à faible baisse de pression de série “Whisper” sont parfaits pour ce type de scénario, puisque leurs baisses de pression sont très faibles comparé à nos débitmètres standard de série M. Un débitmètre surdimensionné MW-1SLPM-D Whisper présente une baisse de pression de seulement 0,07 psid à ½ atm et 500 ccnm, ce qui représente maintenant seulement 1% de votre pression disponible. Le débitmètre massique standard comme le débitmètre Whisper présentera la même précision dans ces conditions, mais en utilisant la faible baisse de pression Whisper vous aurez plus de marge en termes de baisse de pression lorsque vous concevrez votre système sous-atmosphérique.

Si vous avez des questions sur votre application sous-atmosphérique ou sous vide, veuillez contacter Alicat (info@alicat.com ou 888-290-6060) afin que l’un de nos ingénieurs d’applications puisse vous aider à trouver la bonne solution.

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