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L'importance de la mesure du débit directionnel
Introduction
Le VPFlowScope® air comprimé flowmeter est conçu autour d'un principe de mesure unique. Cela vous permet de mesurer non seulement la magnitude du débit mais aussi sa direction. Pourquoi cela est-il important ? Dans cet article, nous allons montrer deux exemples où la mesure bidirectionnelle du débit joue un rôle clé pour parvenir aux bonnes conclusions. Dans le premier exemple, nous décrirons le cas d'une usine de fabrication de produits électroniques, qui possède un grand réseau en anneau interconnecté avec deux salles de compresseurs, situées dans des bâtiments différents. Les deux salles des compresseurs sont distantes d'environ 500 pieds. Dans le second exemple, nous décrirons l'effet de la mesure du débit en amont d'un réservoir de réception local.
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Technologie Thermabridge™
Le premier capteur de débit thermique au monde fabriqué dans une puce de silicium (pas desilicone !) a été inventé il y a 40 ans par l'un des fondateurs de VPInstruments, Anton van Putten, en 1974. Sa conception unique peut être considérée comme le plan directeur de nombreux capteurs de débit massique thermique, que l'on trouve dans les applications automobiles, HVAC et industrielles. Le capteur Thermabridge™ original combine la mesure du sens de l'écoulement avec la détection du débit massique thermique sur une gamme complète de 0...150 mn/sec. Cela vous permet de mesurer le débit dans des réseaux annulaires complexes, où tout autre débitmètre fournirait des résultats de mesure très peu fiables. Qui aurait pensé que son invention deviendrait si importante pour la mesure précise de l'air comprimé?
Cas 1. Deux salles de compresseurs
Chez un grand fabricant de composants électroniques, l'air comprimé est utilisé pour l'ensemble du processus de production : machines de moulage par injection (manipulation et emballage des produits), prélèvement et placement des composants, placage et galvanisation des pièces métalliques. Un programme de gestion de l'énergie a été lancé pour réduire la consommation énergétique globale de l'usine. L'air comprimé était l'un des services publics qui nécessitait une attention particulière. Les compresseurs de l'usine étaient très vieux (> 10 ans) et il y avait place à l'amélioration, du point de vue de l'efficacité. Pour choisir le bon compresseur, il fallait mesurer le profil de la demande de l'usine. Mais l'entreprise s'est rendu compte qu'un suivi permanent était la clé des économies à long terme. Ainsi, au lieu d'engager un cabinet d'audit pour réaliser un audit temporaire, elle a choisi VPInstruments pour mettre en place une solution de surveillance permanente. Qui pourrait éventuellement être étendue à d'autres services publics.
Pendant la phase 1 du projet, nous avons installé quatre débitmètres, afin d'obtenir une image claire de la demande moyenne. Mais après quelques mois, nous avons rencontré une situation intéressante où les débitmètres à air standard unidirectionnels fournissaient des résultats inutiles. Dans cette situation particulière, le reflux vers les réservoirs de réception provoquait des lectures erronées, entraînant de graves erreurs de mesure.
Description du système
Le dessin ci-dessous montre une disposition simplifiée du système d'air comprimé. Le système d'air comprimé est composé de deux salles de compresseurs (A et B). Un réseau circulaire d'air comprimé est alimenté à partir de ces deux salles de compresseurs séparées. Les salles des compresseurs sont contrôlées par un système de contrôle basé sur la pression.
Dans la salle des compresseurs B, deux débitmètres sont installés dans un réseau en anneau pour mesurer l'air fourni au réseau par un compresseur. Entre ce compresseur et le réseau, un grand réservoir de réception (5m3) est installé.
Dans la salle A se trouvaient trois compresseurs à vis Atlas Copco (ZR3A, ZR3A, ZR145). Ces machines étaient utilisées pour la charge de base quotidienne. Chaque compresseur est équipé d'un tambour sécheur de chaleur de compression. Entre les tuyaux et les compresseurs, deux grands réservoirs de 5m3 chacun sont installés. À partir des réservoirs, deux tuyaux séparés fournissent de l'air aux processus de production.
Un tuyau est relié à un autre bâtiment où se trouve la salle des compresseurs B. La distance entre les deux salles des compresseurs est d'environ 500 pieds.
Flux inversé ou non ?
Après avoir examiné de plus près la configuration de la salle des compresseurs B, nous sommes arrivés à la conclusion qu'il doit y avoir un flux inverse lorsque le compresseur est arrêté. Les photos suivantes expliquent cet effet en détail.
Compresseur de la pièce B éteint : comportement du réservoir de réception
Pendant les heures de déchargement et d'arrêt, les deux débitmètres unidirectionnels ont indiqué une consommation, alors que l'on s'attendrait à un débit nul. Le grand réservoir de réception est rempli par les autres compresseurs (de la salle A) lorsque la demande locale d'air dans le réseau en anneau est faible, et il fournit de l'air au réseau lorsque la demande locale est élevée. Vous pouvez voir le
réservoir récepteur comme un gros ballon interagissant avec le réseau.
Compresseur dans la salle B sur la situation de "trafic de fusion".
Lorsque le compresseur fonctionne en charge, l'air comprimé est injecté dans le réseau en anneau. À la jonction en T, le flux se fond dans le "trafic" existant en fonction de l'équilibre de la consommation dans le réseau en anneau. Si la consommation est bien équilibrée, elle peut être parfaitement symétrique (50 % à gauche, 50 % à droite), mais lorsque la consommation d'un côté est beaucoup plus élevée, le flux d'air se répartit différemment. Une demande pulsée peut également modifier la répartition du débit pendant une courte période.
L'air provenant du compresseur se mélange à l'air qui circulait déjà dans le réseau annulaire. Il peut en résulter une lecture élevée ou basse, en fonction de la demande réelle et de la direction du flux qui en résulte.
Unidirectionnel ou bidirectionnel ?
Un site flowmeter unidirectionnel n'a aucune idée de la provenance de l'air. Il en résulte des erreurs importantes. Cela s'applique à la plupart des débitmètres massiques thermiques basés sur la dispersion thermique, l'anémométrie à température constante, etc. D'autres exemples de débitmètres unidirectionnels sont les compteurs à tourbillon et les compteurs à turbine, lorsqu'ils sont lus par un transmetteur d'impulsions standard (le compteur réel du compteur à turbine tourne à l'envers). Les venturi sont également unidirectionnels. Le signal de pression différentielle ne devient pas négatif lorsque le débit est inversé. Les compteurs à orifice peuvent également mesurer le débit inverse, mais ils ne conviennent pas pour l'air comprimé en raison de leur perte de pression permanente.
En activant la fonction de détection bidirectionnelle du VPFlowScope, le changement de direction du flux est instantanément révélé. Maintenant, le flux inverse apparaît dans les graphiques sous forme de valeurs négatives. Jetons un coup d'œil à des données réelles : Dans les graphiques ci-dessous, nous faisons un zoom sur une période spécifique des mesures dans la salle des compresseurs B. Les données originales, provenant des débitmètres bidirectionnels, ont été traitées pour montrer la différence entre le flux bidirectionnel et uni-directionnel.
A la fin de cette période, l'effet est très clairement visible : Le compresseur s'arrête Dans le graphique de gauche où les deux débitmètres bidirectionnels s'annulent mutuellement, le débit résultant est presque nul. Sur le graphique de droite, le débit ne s'annule pas, ce qui donne un signal parasite de près de 13 m3/minute.
L'unidirectionnel est suffisant ?
On pourrait dire : pourquoi ne pas corréler cela avec les données de charge/décharge du compresseur ? Lorsque le compresseur est en état de décharge ou d'arrêt, vous savez que le débit est nul et vous pouvez donc le compenser. Nous pensons que ce n'est pas la meilleure façon de résoudre le problème de l'inversion du débit, car il pourrait y avoir d'autres raisons (réelles) pour l'inversion du débit, qui passeraient inaperçues. Par exemple, un clapet anti-retour qui fuit, un joint qui fuit ou une soupape de purge. Dans ce cas particulier, nous avons trouvé un joint de compresseur qui fuyait. Cette fuite aurait pu coûter 1 314 euros par an et il n'a fallu que 500 euros pour la réparer. Une autre fuite a été trouvée dans un sécheur. Encore une fois, cette fuite se trouve en amont du site flowmeter, ce qui fait qu'elle passerait inaperçue lorsque le site flowmeter est unidirectionnel. Économies : 2 102 euros par an. Réparée pour 100 euros en remplaçant un tuyau.
Cas 2. Récepteurs décentralisés
Dans certains cas, un réservoir récepteur décentralisé est utilisé pour "écrêter" la charge de pointe sur le réseau. Par exemple, lorsqu'une machine a un profil de consommation intermittent important. Une question souvent posée : où placer le flowmeter, et que nous montrera le flowmeter lorsque la machine sera éteinte. Cette partie de l'article est basée sur un ancien audit dans une usine de transformation de pommes de terre, où nous avons utilisé une masse thermique standard flowmeter sans sensibilité bidirectionnelle. L'image ci-dessous montre la configuration.
Configuration du test : Le point d'utilisation flowmeter a été installé entre le réservoir de réception et le réseau de distribution. Pourquoi ? Parce qu'il n'y avait pas assez de longueur droite en aval de la vanne d'arrêt.
L'auditeur nous a appelés quelques jours plus tard pour discuter des résultats. Le site flowmeter a montré une consommation importante alors que la machine était isolée du réseau. Le réservoir de réception servait simplement de tampon local pour les machines situées plus en aval de la ligne. Il se remplissait et se vidait au rythme de leur consommation, provoquant des relevés importants sur la masse thermique flowmeter. Dans ce cas, le problème a finalement été résolu en ignorant les données pendant la période où la machine était arrêtée. Mais dans d'autres cas, il se peut qu'il n'y ait aucun moyen de corréler les actions ou événements locaux avec les données. Dans ces cas, l'examen des données d'un dispositif de mesure de débit unidirectionnel peut conduire à des conclusions erronées.
Autres problèmes que vous pouvez découvrir avec les capteurs bidirectionnels :
Les débitmètres bidirectionnels peuvent révéler des problèmes importants dans de nombreux systèmes d'air comprimé. Dans cet article, nous avons décrit deux cas où les capteurs bidirectionnels sont cruciaux pour tirer les bonnes conclusions.
Autres exemples où vous pouvez révéler des problèmes :
Fuite des clapets anti-retour juste après le compresseur, ou fuite des drains de condensat. Le site bidirectionnel flowmeter vous indiquera quand cela se produit.
- Fuite des drains dans le déshuileur ou sous le réservoir de stockage humide
- Le clapet anti-retour ne se ferme pas complètement
- La soupape de purge ne se ferme pas complètement
- Les oscillations dans le réseau de canalisations sont perçues comme une consommation au lieu d'un débit quasi nul.
Combiner les résultats en utilisant les canaux virtuels
Dans le logiciel central de surveillance de l'énergie VPVision , un canal virtuel permet de combiner les données de deux débitmètres (ou plus) en un seul signal. Le canal ajoute/soustrait toutes les valeurs de mesure, en fonction de leur sens d'écoulement. Les valeurs résultantes peuvent être utilisées dans des graphiques et des rapports en temps réel.
Conclusions
- Pour la mesure du débit dans les réseaux en anneau, les débitmètres bidirectionnels sont la clé de résultats corrects.
- Seuls les débitmètres bidirectionnels peuvent fournir des données correctes lorsqu'ils sont installés entre les réservoirs de réception et le réseau d'air comprimé.
- Les débitmètres unidirectionnels indiquent un débit positif en cas de débit inverse, ce qui peut conduire à des conclusions erronées sur le comportement du système.
- Avec les logiciels modernes de surveillance de l'énergie, les débitmètres bidirectionnels peuvent être combinés dans un canal virtuel.
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