24 juin 2012 – Première mise en œuvre du banc AIRPROFIL de vérification des compteurs d’air comprimé

Depuis quelques années, une technologie de mesure des débits d’air comprimé s’est largement répandue en Europe et dans le Monde, en premier lieu à cause de son prix relativement bas : la mesure de débit par débitmètre massique thermique à insertion.

Airprofil a utilisé successivement, et parfois vendu, les marques ENDRESS HAUSER, EPI, FCI, VPI et IFM. Certains de ces produits sont vendus sous plusieurs autres marques.

Ces débitmètres ont une contrainte connue : il est préférable de ne pas les utiliser sur de l’air comprimé humide, car la mesure est affectée par la présence d’eau liquide, qui tend à provoquer un certain sur-comptage.

On sait moins que la précision de la mesure est assez fortement affectée par la présence d’huile liquide, qui tend à provoquer un sous-comptage, ainsi que par l’insuffisance des « longueurs droites » permettant une stabilisation de l’écoulement après un coude ou un autre obstacle.

En supposant que le point d’insertion a été correctement choisi, avec les longueurs droites nécessaires, que l’air comprimé est sec et sans huile et que le calculateur a été correctement programmé – avec le bon gaz, les bonnes « conditions de référence » et le bon diamètre intérieur, il reste à savoir essentiellement deux choses :

  1. Si le compteur fonctionne bien.
  2. Si le débit à mesurer appartient bien à la plage de mesure du compteur.

Pour ce faire, Airprofil a réalisé dans un banc de vérification portable bien adapté pour la vérification des compteurs d’air comprimé, surtout s’ils servent à la facturation.

On considèrera, en premier lieu, le compteur de référence, un « tube de Venturi » usiné pour nous en aluminium, afin d’en limiter le poids – l’aluminium est 5 fois moins lourd que l’acier, ce qui permets de réduire nos coûts d’expédition, notamment pour la location :

tube-de-Venturi-DN50-BETA-0 

Sur la photographie, on voit le tube de Venturi DN50 BETA 0.5 – ceci signifie que le diamètre d’entrée (et de sortie) est 50.0 mm et le diamètre au col 25.0 mm.

Nous avons utilisé un transmetteur de pression différentielle ENDRESS HAUSER, dont la plage, 0 à 100 mbar, paraissait adaptée pour ce premier essai du nouveau service de vérification des compteurs sur site. Le capteur de pression différentielle peut être vérifié au moyen d’une balance de pression GE SENSING ou, plus simplement, en mesurant la pression différentielle générée par 1 mètre de colonne d’eau.

La mesure de pression absolue a été réalisée au moyen d’un capteur VEGA acheté neuf pour l’occasion. Dans ce cas, la balance d’étalonnage est nécessaire, car personne n’a envie de tirer un flexible depuis le 20ième étage d’un bâtiment !

On a mesuré la température au moyen d’une sonde Pt100 Ohms à 0°C de classe A fournie par KIMO.

Le calculateur ENDRESS HAUSER a été utilisé seulement pour l’ergonomie que son affichage apportait. On c’est en fait basé sur les mesures « primaires » de pression différentielle, pression absolue et température pour calculer, au moyen d’une feuille de calcul programmée par Christine BERNARD, notre Ingénieure sédentaire, conformément à la norme ISO 5167-4 :2003. En effet, même si ce calculateur nous donne presque exactement les mêmes valeurs que notre feuille de calcul, son algorithme n’est pas public.

On a ensuite installé un des débitmètres à tester sur un tronçon permettant son insertion :

On voit, sur la photographie ci-dessus, le débitmètre massique à insertion utilisé pour mesurer le débit général produit par la centrale d’air comprimé du Client. Ce débitmètre était initialement un débitmètre de plage 0..150 NMPS (normo mètres par secondes). Il était installé sur une canalisation en DN150, de sorte qu’il pouvait mesurer, en théorie, de 190 à 9500 Nm3/h, environ.

Le Client avait besoin de mesurer avec précision des débits bien inférieurs : la consommation du site avait diminué et la canalisation DN150 était, de toute manière, assez fortement surdimensionnée dès la conception de la centrale.

On rappelle que le débit maxi d’un débitmètre 150 NMPS est 150 multiplié par la section droite de la canalisation, en m2. Le débit est alors exprimé en Nm3/s. On obtient des Nm3/h en multipliant la valeur calculée par 3600.

Le débitmètre avait donc fait l’objet d’un réétalonnage par le fabricant, afin d’être aussi précis que possible dans les « petits » débits.

Sur le tronçon d’essai de 50.0 mm de diamètre intérieur, la plage du débitmètre était dès lors 15 à 515 Nm3/h :

longueurs-droites 

Comme on peut le discerner sur la photographie ci-dessus, des longueurs droites on été prévues entre les débitmètres.

L’originalité de cette méthode de vérification des débitmètres est que l’air comprimé est prélevé sur le réseau, pendant quelques minutes, pour l’essai. Cet essai consiste à comparer la valeur du débit instantané affiché par le débitmètre vérifié et calculé, à partir des mesures primaires, pour le tube de Venturi :

En bout de ligne, une vanne de réglage et un silencieux permettent de régler le débit :

venne reglage silencieux 

Il est possible de réaliser des essais sur deux diamètres : 50.0 et 80.0 mm. L’essai sur tronçon de 80.0 mm sera utilisé pour tester des débitmètres à microturbine ou à microvortex à insertion, dont le piquage d’insertion est en général un DN50.

sur-deux-diametres-mm

On a choisit, pour l’instant, de limiter à un DN50 le flexible d’alimentation du banc de vérification, afin d’éviter de faire chuter la pression du réseau d’air comprimé. Cette méthode n’est guère applicable à plus de 500 Nm3/h de débit réel prélevé, sauf à s’assurer que les compresseurs disponibles permettent de maintenir la pression.

On notera que consommer environ 300 Nm3 pour un essai sur le banc de vérification DN50 coûte environ 30 kWh électriques. Ceci est beaucoup moins coûteux en énergie qu’un transport jusqu’à la Hollande ou l’Allemagne, pour ne pas parler des Etats-Unis d’Amérique !

L’avantage de cette méthode est que la vérification se fait sur site en moins d’un quart d’heure par débitmètre. On a alors à choisir, avec le Client, entre 3 possibilités :

  1. On peut alors remettre le débitmètre en service, si la mesure semble correcte, après seulement un quart d’heure d’interruption de la facturation,
  2. On peut proposer l’échange standard du débitmètre si on constate un écart excessif entre la mesure de référence et la mesure fournie par le débitmètre vérifié.
  3. On peut, enfin, recommander de changer le principe de mesure ou le diamètre de la canalisation.

Prenons deux exemples parmi les résultats de mesure de notre premier essai.

Un premier débitmètre sous-compte dans les petits débits et sur-compte légèrement dans les grands débits :

compteur general 

Les résultats des essais de vérification de ce compteur « général » sont à la fois excellents et décevants pour l’Exploitant :

  • Les résultats sont excellents parce que, même si le compteur vérifié tend à sous-compter dans les bas débits, la précision de notre tube de Venturi – au moins équipé d’un capteur de plage 0 à 100 mbar, devient médiocre. C’est la raison pour laquelle cet essai n’a pas été poursuivi jusqu’au point de fonctionnement le plus fréquent de ce compteur, situé légèrement à gauche de la courbe. L’Ingénieur d’Airprofil n’a pas souhaité mesurer sur son tube de Venturi équipé d’un capteur de pression différentielle 100 mbar à moins de 7.9 mbar.
     
  • Les résultats sont décevants pour l’Exploitant parce que, quand il mesure par débitmètre massique thermique à insertion un débit de 1500 Nm3/h dans une canalisation en DN150, alors L’INCERTITUDE RELATIVE DEPASSE 10% MÊME AVEC LES MEILLEURS MATERIELS. En l’occurrence, notre Client sous-compte de 12% par rapport à la mesure de référence et il ne peut même pas se plaindre, parce que l’incertitude de mesure « nominale » (3% de la valeur mesurée + 0.3% de la pleine échelle si la température de l’air comprimé varie de 0 à 50°C, et si sa pression varie de 5 à 10 bars) est légèrement supérieure à 12%. On notera que si le débitmètre avait sur-compté de +12%, on n’aurait rien pu reprocher au fabricant non plus, mais on aurait sans doute eu du mal à en convaincre l’acheteur de l’air comprimé !

Dans ce cas particulier, il n’y a pas lieu de renvoyer le débitmètre en recalibration : il faut réduire la section de passage ou changer de principe de mesure :

  •  En réduisant la section de passage en DN80 on réduit la plage de mesure à environ 70 à 2400 Nm3/h. Cela pourrait convenir, mais un DN65 serait peut-être mieux s’il n’y a pas de pointes de débit à plus de 2000 Nm3/h.
     
  • Une autre solution est d’utiliser un Venturi DN80 ou, si on veut fiabiliser le comptage, le procédé Airprofil d’assemblage de tubes de Venturi en parallèle.

 Un autre compteur a donné des résultats bien différents :

compteur c1 

Ce matériel sous-compte dans touts les débits, mais surtout dans les forts débits. L’Ingénieur Airprofil a poussé un peu ses essais en dépassant légèrement la plage de son capteur de pression différentielle : il apparaît clairement que ce compteur est gravement défaillant, probablement parce qu’il est pollué par l’huile des compresseurs.

Avec certains modèles de débitmètres massiques thermiques à insertion, on finit par retrouver de l’huile dans l’électronique de mesure, parce que le capteur inséré n’est pas tout-à-fait étanche aux liquides ! C’est un dysfonctionnement qui survient aussi avec certains débitmètres à microturbine à insertion ou à microvortex à insertion.

Dans ce second cas particulier, il est nécessaire de faire remplacer et ré-étalonné l’élément sensible, ce qui revient à installer un débitmètre neuf.

 On conclura que :

  • La vérification des débitmètres à insertion utilisés sur l’air comprimé est désormais possible sur site avec environ un quart d’heure d’interruption de la facturation.
  • Les Exploitants doivent être attentifs à choisir, en sortie de centrale et éventuellement au refoulement de chaque compresseur, un diamètre de canalisation compatible avec le débitmètre à insertion, relativement peu coûteux, qu’ils ont sélectionné.
  • Il faut parfois accepter de payer le prix d’un compteur à tube de Venturi, d’un compteur à plaque à orifice variable ou d’un compteur intrusif à ultrasons quand le débit est très variable ou quand on prévoit qu’il pourrait baisser.
  • Les avantages techniques du tube de Venturi sont :

    • Le caractère public et normalisé de cette technologie – n’importe quel Technicien formé peut en assurer la vérification.
    • Le fait que ces débitmètres fonctionnent même sur de l’air humide.
    • Le fait qu’ils génèrent 8 fois moins de pertes de pression qu’un « diaphragme ».
    • Le fait que la mesure par tube de Venturi, au moins en ce qui concerne les produits fabriqués par Airprofil pour son usage interne, est une mesure « directionnelle » : on peut mesurer le sens positif ou négatif de l’écoulement.

La méthode d’étalonnage sur site en air comprimé perdu est éventuellement applicable à des débitmètres « en ligne » de DN50 ou inférieur.

On pourrait imaginer de la mettre en œuvre sur l’eau – par exemple l’eau des circuits d’incendie, mais nous utilisons plutôt des débitmètres non intrusifs à ultrasons dans ce cas. Parfois, une lance à incendie est alimentée par une canalisation souterraine sans aucune longueur droite : dans ce cas, la mesure par tube de Venturi pourrait constituer une solution.

Dans d’autres cas – vapeur, oxygène, azote, ammoniac – la vérification d’un débitmètre se fera par des contre mesures au moyen d’un autre débitmètre implanté en amont ou en aval. Ou bien en renvoyant à grand frais le débitmètre chez le fabricant, qui le gardera quelques semaines ou quelques mois !

 Contact :

 François BOUTEILLE
Tel : +33 612 156 155

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