Avertissement
au visiteur!
Les informations contenues dans
ces pages se veulent aussi exactes que
possible et vous sont proposées en toute bonne foi. Cependant leur
caractère très général fait qu'elles peuvent être inappropriée dans une
situation particulière. Aussi toute application, choix ou décision qui
en
découlerait doit impérativement être validé par un
expert compétent.
Réponses aux questions des visiteurs
Certains d'entre vous écrivent pour demander quelques compléments
sur un sujet traité dans ces pages, ou pour soumettre une question non
encore traitée. Les réponses à ces questions peuvent aussi être utiles
à d'autres visiteurs. C'est pourquoi une sélection des sujets abordés
est rassemblée ici. Leur rédaction est bien sûr adaptée afin de
préserver l'anonymat des questionneurs et la confidentialité des
informations techniques échangées.
Opérations
sur les liquides
- Pour le dimensionnement d'un circuit de transfert, comment
faire le choix entre faible diamètre et forte perte de charge ou gros
diamètre et faible perte de charge?
- Lors du dimensionnement d'un circuit de transfert par
pompe, si seul le débit est imposé, le choix existe entre faire des
économies sur la taille de la tuyauterie au détriment de la puissance
de la pompe ou l'inverse. Le choix optimum pourrait être fait sur la
base des coûts des éléments et de la dépense énergétique de pompage. Si
le coût de l'énergie est bas, le choix peut être orienté vers une forte
perte de charge en ligne dans une tuyauterie de faible diamètre. Ce
choix, pour être pertinent demande des calculs très précis de la perte
de charge en ligne. Malheureusement les données sont généralement
insufisantes. Les calculs sont le plus souvent fondés sur des valeurs
standard de coefficients de perte de charge. Les valeurs réelles pour
les accessoires de tuyauterie (vannes, clapets) sont rarement
disponibles, la rugosité des tubes varie dans le temps, l'effet des
cordons de soudure est négligé, ....La perte de charge évolue comme le
carré de la vitesse, et 10% d'erreur sur le coefficient de perte de
charge conduira à une erreur sur le relevage de la pompe 4 fois
supérieure à 2 m/s qu'à 1 m/s. Le risque est, de ne pas obtenir le
débit attendu. Rappelons les bonnes pratiques éprouvées:
- vitesse optimum dans les tuyauteries entre 1 et 1,5 m/s
- ne pas choisir le diamètre maximum d'impulseur de la
pompe
(pour permettre un dégoulottage ou corriger une erreur)
- dimensionner l'alimentation électrique (à défaut du
moteur)
pour la puissance demandée par l'impulseur maxi
- Ecoulement des fluides; facteur de frottement: Pourquoi
trouve-t-on dans la littérature des expressions différentes pour
calculer le facteur de frottement donnant des valeurs dans un rapport
de 1 à 4?
- Le facteur de frottement peut être défini:
soit comme paramètre de l'équation de Darcy (c'est ce que j'ai
choisi sur les pages du site Process's), soit comme paramètre de
l'équation de Fanning (Fanning factor chez les anglo-saxons). Les
équations de Darcy et de Fanning sont très similaires mais diffèrent
d'un facteur 4. Le facteur de Darcy est donc quatre fois plus grand que
le facteur de Fanning. On peut utiliser l'un ou l'autre à condition
d'utiliser la relation adéquate. Si on utilise le facteur de Darcy dans
la relation de Fanning ou inversement, la perte de charge calculée sera
quatre fois trop grande ou quatre fois trop petite. S'il n'est pas
précisé qu'il s'agit de Darcy ou de Fanning, on peut chercher la valeur
en régime laminaire (Re=1000 par exemple); on doit trouver
approximativement 64/Re pour le facteur de Darcy et 16/Re pour le
facteur de Fanning.
Opérations
sur les solides
Opérations
sur les gaz
- Où trouver des données sur l'air humide?
- Les
valeurs de teneur en eau de l'air humide en fonction de sa température
qui font référence dans la profession sont publiées et régulièrement
mises à jour par l'ASHRAE, une association professionnelle nord
américaine. On les trouve dans un ouvrage titré ASHRAE
Handbook-Fundamentals.
- Quelle est la différence entre une détente réversible et
une détente irréversible ?
- Il est fréquent de dénommer ainsi deux processus limite de détente d’un fluide :
- Une détente réversible dans une machine
produisant un travail
- Une détente irréversible ne produisant aucun travail
Dans le premier cas, on peut imaginer que grâce à un apport
de travail à la machine, on puisse inverser le processus. Dans la
réalité ce n’est possible qu'avec un apport d’énergie
supplémentaire ; la détente n’est jamais parfaitement réversible.
- Par contre les détentes irréversibles sont courantes; toute
détente au travers d’une restriction est une détente irréversible.
Il est plus réaliste de différencier les détentes
produisant un travail de celles n’en produisant pas:
- Une détente ne produisant aucun travail conserve intacte
son enthalpie; c’est une détente isenthalpique. Elle est spontanée ; il
y a augmentation de l’entropie
- Une détente produisant un travail
pourrait, avec une machine
idéale, se produire sans augmentation de l’entropie ; ce serait une
détente réversible ; la quantité de travail produit serait maximale.
Cette machine idéale n’existe pas.
La
détente réelle se
produit avec augmentation de l’entropie; elle est moindre lorsqu'un
travail est produit. Le travail est obtenu par conversion d’une partie
de l’enthalpie
initiale du fluide; la diminution de l'enthalpie du fluide abaisse sa
température.
- Doit-on tenir compte de l'effet Joule-Thomson lors d'une détente non isenthalpique d'un gaz?
- On
parle souvent d'effet Joule-Thomson lors d'une détente isenthalpique
parce que dans ce cas il y a un effet sur la température avec un
gaz réel, non prévu par la théorie des gaz parfaits. Par contre dans
une détente isentropique l'effet sur la température est normalement
attendu et lors d'une détente isotherme par définition il n'y a pas de
variation de température. L'effet Joule-Thomson n'est pas un phénomène
physique particulier; il résulte de la non idéalité des gaz réels; dans un certain domaine de pression et température l'évolution de l'enthalpie a un comportement singulier.
Ce comportement ne dépend pas de la manière d'effectuer la détente;
l'enthalpie est une fonction d'état, qui ne dépend pas du chemin suivi
entre l'état initial et l'état final. C'est pourquoi, pour l'évaluation
d'une transformation quelconque impliquant un bilan enthalpique, il
peut être inutile de décomposer l'opération en phénomènes élémentaires
(abaissement de température due à la perte de pression + augmentation
de température due à l'échange thermique par exemple), si un
bilan enthalpique globalpeut suffir pour définir les conditions de sortie. L'effet Joule-Thomson sera automatiquement inclu ainsi.
Transfert
de matière
- Parmis plusieurs estimations de la diffusivité, quelle
valeur retenir pour un dimensionnement?
- Tout d'abord, il est important d'avoir un ordre de grandeur
de la valeur attendue; cela permet de vérifier que la méthode est
adaptée, qu'elle a été correctement appliquée. On peut aussi être
trompé par une erreur typographique dans le document qui nous sert de
référence. Ensuite, éliminer la valeur qui s'écarte manifestement trop
des autres. Enfin retenir la valeur la plus défavorable pour le
dimensionnement. Ainsi l'équipement sera peut-être un peu
surdimensionné. Cela laissera un peu de marge pour une future
augmentation de capacité ou pour des fonctionnements dégradés dus par
exemple à des encrassements, une pression trop faible, .... La
situation inverse serait catastrophique. Un équipement sous dimensionné
ne fera pas le travail attendu. Il limitera sûrement la production de
toute une unité, et le remède sera sans doute le remplacement de
l'équipement incriminé. Les conséquences (coût et délais) d'une telle
opération sont sans comparaison avec le bénéfice attendu d'un
dimensionnement "optimiste".
Transfert
de chaleur
- Quelle qualité d'eau utiliser pour désurchauffer de la
vapeur?
- Lors
de la désurchauffe, la quasi totalité de l'eau sera vaporisée; si cette
eau contient des sels dissous, ceux-ci formeront un dépôt qui ne
pourra être purgé. Il est donc recommandé d'utiliser une eau contenant
le moins possible de sel. L'eau à utiliser en priorité sera les
condensats de vapeur recyclés. Outre l'absence de sel dissous, leur
température élevée favorisera leur vaporisation et optimisera
l'efficacité du désurchauffeur; il est donc inutile de les refroidir. A
défaut une eau déminéralisée pourra être utilisée. Une eau seulement
adoucie ne conviendra pas, l'adoucissement consistant seulement à
remplacer les ions calcium et magnésium par des ions sodium sans
réduire la quantité globale de sel contenu.
- Comment détecter une fuite d'eau de mer sur un condenseur?
- On
peut rechercher les ions chlorure dans le condensat procédé en sortie
de l'échangeur ou dans l'eau décantée du condensat procédé si celui-ci
n'est pas miscible à l'eau. Les ions chlorure sont aisément
détectables, à de très faibles teneurs.
- Le calcul de la résistance due à l'encrassement permet-elle
de suivre l'évolution de l'encrassement d'un échangeur et prédire la
date à laquelle il ne sera plus efficace?
- Oui le calcul de la résistance due à l'encrassement permet
de surveiller l'évolution d'un échangeur, et ainsi anticiper un
remplacement, un nettoyage, ou évaluer l'efficacité d'un traitement ou
d'un additif.
Cependant ce calcul n'est pas simple. Dans la plupart des cas, on ne
dispose que d'une évaluation globale de la performance.
La variation de la performance d'un échangeur a plusieurs causes:
- la variation du coefficient de film, ou coefficient de
transfert propre dû à la variation des débits ou de la composition des
fluides
- la variation du coefficient de correction de la DTLM, en
raison de variations du profil de température dans l'échangeur
- enfin l'évolution de l'encrassement
Pour isoler l'effet de l'encrassement des autres causes, il faut pour
chaque jeu de mesures:
- recalculer le coefficient de correction de la DTLM
- calculer une correction du coefficient de film en utilisant
une corrélation pertinente pour le nombre de Nusselt.
- Quel est l'utilité
du calcul de la résistance due à
l'encrassement,
en dehors du dimensionnement de l'échangeur?
- Outre le dimensionnement de l'échangeur, le calcul de la
résistance due à l'encrassement permet de mesurer l'influence de
conditions opératoires particulières sur l'encrassement, mais aussi de
calculer une température de paroi. Ceci peut être important pour, par
exemple, limiter des phénomènes de corrosion (température trop chaude)
ou des condensations indésirables (température trop froide).
Traitements
de l'eau
- Comment expliquer la corrosion d'un condenseur de vapeur en
acier, alors que le pH des condensats est régulièrement mesuré
>8?
- Ce type de corrosion en condensation trouve souvent son
explication dans la différence de partage entre les phases vapeur et
liquide des substances acides et basiques. Concrètement, il est
possible qu'en début de condensation les substances acides se
dissolvent préférentiellement dans les premières gouttes de liquide
provoquant localement des pH potentiellement très acides et les
corrosions qui en découlent. Les substances neutralisantes contenues
dans la vapeur, si elles sont
mal choisies, peuvent se condenser plus loin dans l'échangeur et ne
jouer que
partiellement leur rôle.
Si la corrosion se produit dans une zone
relativement froide de l'échangeur elle pourrait être due à la présence
d'oxygène dans la vapeur qui peut s'accumuler dans le condenseur. Dans
ce cas la corrosion serait sous forme de piqûres et crevasses.
La localisation et l'aspect de la corrosion peuvent aider à
orienter l'analyse.
Traitement
des effluents et des déchets
- Quelles sont les teneurs limites en hydrocarbure des sols
décontaminés, acceptables par la réglementation française?
- Contrairement
à d'autres pays, la réglementation française ne fixe pas de seuil
d'acceptabilité pour la dépollution des sols. La procédure de
dépollution est définie au cas par cas avec l'administration des
installations classées en fonction des résultats d'une analyse des
risques résiduels qui tient compte de la situation et de l'usage du sol.
Cette procédure est décrite dans la circulaire du 8 fevrier 2007 du
ministère de l'environnement (https://aida.ineris.fr/consultation_document/7323).
- De
plus la norme NF X 31-620 : qualité du sol – prestations de services
relatives aux sites et sols pollués (études, ingénierie, réhabilitation
des sites pollués et travaux de dépollution), permet de clarifier les
relations contractuelles entre professionnels de la dépollution des
sols et donneurs d’ordre, de valoriser les prestations de service et de
faciliter l’évaluation de la qualité des prestations réalisées.
Par
contre sur un sujet connexe qui est la réutilisation hors site de
terres excavées, des valeurs guide sont proposées en fonction de
l'usage du sol, sous bâtiment industriel ou sous couvert. Ces valeurs
sont disponibles entre autre dans un document du BRGM
(BRGM/RP-60013-FR) (http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/Guide_Terres_Excavees_V4-3.pdf).
Il
est tentant de considérer ces valeurs guide comme valeur acceptables
pour un sol dépollué, mais ce n'est apparemment pas la position de
l'administration.
Hygiène,
Sécurité et Maîtrise des opérations
- Soupapes: Les règles de dimensionnement limitant la perte
de charge amont
à 3% de la pression de réglage, ou imposant un diamètre minimum des
tuyauteries de raccordement, ont-elles un caractère réglementaire?
- La
réglementation fixe un objectif de résultat, soit: limiter la pression
d'un équipement à
sa pression de conception, avec une possibilité de dépassement limitée
pendant une courte durée, seulement pendant la décharge de la soupape.
Le concepteur de l'installation puis son exploitant, avec le concours
du fabricant de la soupape doit démontrer que
la soupape est adaptée. Pour sa part, le fabricant de la soupape
s'appuie généralement sur une norme de construction. La norme ISO
4126-1 prévoie que "les
sections des tuyauteries amont et aval doivent être au moins égales aux
sections des connections de la soupape".
Cela signifie qu'un constructeur de soupapes s'appuyant sur cette
norme, ne pourra garantir sa capacité que si cette prescription est
respectée.
- Equipements sous pression: Des
cuves datant d'avant 2001, calculées pour des pressions supérieures à
0.5bar, régulièrement traitées à la vapeur à 120°C avant de stocker des
produits alimentaires, sont-elles soumises à la DESP?
- Seul un organisme habilité (agréé par l'administration)
pourra donner une réponse définitive et circonstanciée. Cependant votre
question m'inspire les commentaires suivants:
Sont soumis à la DESP les équipements dont la pression de service (PS)
est supérieure à 0,5 bars. La pression de service est la pression
maximale que l'équipement peut atteindre en service; cette pression est
le plus souvent définie par la pression de réglage d'un organe limiteur
(évent, soupape, disque de rupture). Cet organe limiteur est le plus
souvent sur l'appareil lui-même, mais peut aussi se trouver sur la
source de pression (alimentation en gaz par exemple). Cette pression de
service (autrefois appelée pression maximale en service PMS) n'est pas
nécessairement égale à la pression de calcul de l'équipement; elle ne
peut pas être supérieure, mais peut être inférieure à la pression de
calcul.
Pour une installation neuve, il est rare de concevoir un équipement
pour une pression supérieure à la pression maximale nécessaire;
pression de calcul et PS sont alors souvent identiques. Mais en cas de
réutilisation d'un équipement existant pour un nouveau service moins
contraignant, il est tout à fait possible d'installer une protection
réglée à une pression inférieure à la pression de calcul. Seul le
réglage de cette protection sera à prendre en compte pour définir la
PS.
Si l'équipement est relié à l'atmosphère directement ou au travers
d'une protection réglée à une pression <0,5 bars, il n'est
probablement pas soumis à la DESP quelle que soit la température de
travail.
Attention toutefois: 120°C est une température qui peut potentiellement
générer une pression supérieure à 0,5 bars; pas dans la capacité
protégée, mais dans un accessoire fermé; si par exemple cet équipement
est équipé d'un circuit de refroidissement ou tout autre circuit non
protégé contre les surpressions par l'équipement principal, mais exposé
à une température de 120°C pendant certaines phases de fonctionnement,
ce circuit annexe pourra être soumis à la DESP s'il n'est pas protégé à
0,5 bars.
Mesures
et analyses
- Comment évaluer le pH de condensats de vapeur chauds?
- Les
mesures de pH sont toujours réalisées à une température proche de
l'ambiante.
Les sondes de mesure de pH ne supportent pas les conditions
habituelles
de température et pression des générateurs de vapeur. Les mesures en
ligne sont
donc réalisées sur une boucle d'échantillonnage refroidie. Les
instruments de
mesure réalisent automatiquement une correction si la température
effective
s'écarte des 25°C de référence.
Les
mesures en laboratoire sont plus délicates; l'absence de minéralisation
de
l'eau condensée fait que le pH est facilement perturbé par de très
faibles
traces de CO2 atmosphérique qui peut se
dissoudre lors des manipulations de
l'échantillon.
Matériaux
et construction
- Brides
à double emboîtement: Existe-t-il un sens de montage de ces brides par
rapport à la circulation du fluide dans la tuyauterie?
- Non,
il n'y a pas de recommandation particulière pour le sens de circulation
du fluide dans les tuyauteries équipées de brides à double emboîtement.
Par contre ces brides n'étant pas symétriques, il convient de définir,
dans le cadre d'un projet de construction, une convention d'ingénierie
stricte afin de ne pas se retrouver à devoir raccorder deux éléments
ayant des brides de même type (mâle-mâle ou femelle-femelle). Si les
éléments de tuyauterie peuvent être modifiés pour être adaptés, ce
n'est pas le cas des accessoires tels que vannes, clapets, ....