Métrologie en génie climatique

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Les installations de génie climatique nécessitent de mesurer différents paramètres physiques au moment de leur mise au point, de leur réception ou au cours de leur exploitation. Les vitesses d'air, les débits de fluides, les températures, les pressions, les conditions ambiantes, les puissances produites, les niveaux de pression acoustique,..., sont à quantifier mais tous les intervenants n'utilisent pas les mêmes moyens de mesure et ne respectent pas les mêmes règles par méconnaissance des référentiels existants. Différentes méthodes normalisées associées à des types d'appareils de mesures existent mais restent peu connues, et les règles de l'art sont utilisées en fonction de l'appréciation de chacun. Par conséquent, la qualité des mesures réalisées est incertaine et l'appréciation des résultats s'en trouve difficile. Cet ouvrage a pour but de créer un lien entre, d'une part, les différents types de mesures à réaliser dans le domaine du génie climatique et, d'autre part, les méthodes normalisées et les règles de l'art existantes en précisant les moyens de mesures idoines à mettre en oeuvre. Un rappel théorique sur les notions d'incertitudes de mesures, de calculs d'erreur et de tolérance complète les aspects pratiques exposés. La réglementation existante en matière d'étalonnage des appareils de mesures clôture cet ouvrage.
Publié le : mercredi 19 août 2009
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EAN13 : 9782100542703
Nombre de pages : 400
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1LES MOYENS DE MESURAGE
Les mesures de débits dair peuvent être réalisées de différentes manières selon les cas, soit par mesures intrusives directement dans la gaine, soit par mesures non intrusives par lextérieur de la gaine, soit au niveau de léquipement terminal (diffuseurs, bouche, grille, etc.). On privilégiera les mesures en gaines car lexploration des champs de vitesse se fait indépendamment de lenvironnement extérieur, ce qui élimine déjà une source de perturbation, donc derreur en moins. Dans le cas des installations courantes de génie climatique, on retiendra que :  le fluide est de lair à température et pression voisines de celles de lair ambiant ;  lair peut être considéré comme un gaz parfait à capacités thermiques constantes ;  les débits étant parfois réduits, les nombres de Reynolds à considérer sont alors relativement faibles (de lordre de quelques milliers) ;  le nombre de Mach est inférieur à 0,25. On pourra trouver en annexes au présent chapitre la justification de certains principes retenus. Le début de ce chapitre abordera donc les moyens dont disposent les techniciens pour procéder à ces mesures dans les réseaux, puis nous exposerons les appareils dits « noyés » dans les longueurs droites, et enfin nous détaillerons les moyens à mettre en uvre pour les mesures à réaliser sur les terminaux.
1.1 Le tube de Pitot double Très utilisé dans le domaine du génie climatique, le tube de Prandtl ou tube de « Pitot double », appelé plus couramment tube de « Pitot », permet de déterminer la vitesse dun flux dans une veine dair. Ses principales qualités sont sa robustesse et sa plage de fonctionnement pouvant aller jusque 100 m/s. Par contre, il faut éviter de lutiliser à moins de 1,5 m/s en limite basse. Parfois réalisé en inconel, il peut supporter des températures jusquà 300 ˚C, pour être utilisé dans des conduits de cheminée de chaufferie ou dinstallation de cogénération. Un autre de ses avantages, mais qui peut devenir un inconvénient comme nous le verrons en détail ciaprès, est quil est sensible à la direction du flux. Cette particularité permet de lutiliser par exemple dans un plénum dair reliant plusieurs équipements pour vérifier le sens de lécoulement. © Dunod  La photocopie non autorisée est un délit.
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A
LES MESURES DE DÉBITS AÉRAULIQUES
1  Les moyens de mesurage
1.1 Le tube de Pitot double
1.1.1 Principe de fonctionnement Le principe de fonctionnement du tube de Pitot (du nom de son inventeur Henri PITOT, physicien français, né en 1695, décédé en 1771) repose sur la mesure simultanée de deux pressions distinctes ; la pression totale dans la veine dair et la pression statique régnant dans le conduit, permettant de calculer la pression dyna mique et den déduire la vitesse correspondante. La forme coudée du tube de Pitot permet de lintroduire dans la gaine et de placer le tronçon rectiligne avec son extrémité ouverte face au courant. Par cette extrémité sera mesurée la pression totale de lair dans la gaine (appelée pression darrêt) et par les orifices périphériques sera mesurée la pression statique exercée par le fluide. Cette vitesse découle de lapplication de théorèmes physiques appliqués aux cas des fluides incompressibles et non visqueux décrits par Daniel BERNOUILLI(physicien néerlandais, né en 1700 et décédé en 1782), alors que lair est un fluide compressible comme tous les autres gaz. Les hypothèses qui ont été retenues pour cette application correspondent aux conditions de mesurage rencontrées dans les installations de génie climatique :  vitesse de lair inférieure à la vitesse du son,  force due à la pesanteur négligeable,  régime continu et invariable dans le temps. Voir les détails de la démonstration en annexe du présent chapitre pour plus dinformation. Lutilisation de sonde de pression pour la mesure de la vitesse dun fluide est très couramment pratiquée dans le domaine du génie climatique. On peut rencontrer principalement trois types différents de ces sondes appelées « tube de Prandtl », « tubes de Pitot double » ou plus simplement « tube de Pitot » (voir ciaprès le type AMCA, le type NPL et le type CETIAT) décrits dans la norme NF X 10112. Toutes trois fonctionnent sur le même principe de détermination de la vitesse au point de mesure. On peut également rencontrer le « tube de Pitot en S », décrit dans la norme ISO 10780, plus couramment utilisé pour effectuer des mesures de vitesse en même temps que des prélèvements de gaz en vu de les analyser. Le principe de fonction nement est le même que pour les trois autres types mais les orifices de mesures de pression totale et statique sont plus largement dimensionnés pour éviter leur obstruction trop fréquente par des matières solides en suspension dans les fluides gazeux (par exemple produit de combustion dune chaudière ou dun four dinci nération) et qui pourraient perturber la mesure. Le principe est basé sur la mesure simultanée de la pression totale et de la pression statique existantes dans la gaine. En partant de léquation : Pt=Ps+Pd avec : Pt=pression totale (Pa) Ps=pression statique (Pa) Pd=pression dynamique (Pa)
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1  Les moyens de mesurage
Figure 1.1 les différentes pressions (doc. Ph. Legourd)
La pression totale
Pression totale 30 mm H20
La pression statique
Pression statique 20 mm H20
La pression dynamique
Pression dynamique 10 mm H20
1.1 Le tube de Pitot double
Sens de l’écoulement
La pression totale étant mesurée par lorifice situé à lextrémité de létrave, et la pression statique étant mesurée par les orifices situés en périphérie de lantenne, on peut facilement en déduire : Pd=PtPs=DP En adaptant le théorème de Bernouilli au cas des fluides compressibles et non visqueux (voir annexe 3.1), on peut en déduire léquation de la vitesse du fluide en fonction de la pression dynamiqueΔP: 2ΔP V= ρ avec : V=vitesse au point de mesure (m/s) ΔP=pression dynamique du fluide (Pa) 3 =masse volumique de lair (kg/m ) (voir en annexe 1.8.2 la déterminationde la valeur de la masse volumique de lair en fonction de la température, du degré hygrométrique et de la pression en annexe) © Dunod  La photocopie non autorisée est un délit.
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LES MESURES DE DÉBITS AÉRAULIQUES
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