Méthodes de calcul

Je vous propose ci-dessous un ensemble de programmes de calculs courants que je pense utiles dans vos activités.

Feuilles de calcul Excel ou LOCalc

ProcesssCalc

Un classeur au format Excel ou Calc de LibreOffice vous est proposé ici qui regroupe différents moyens de calcul  résumés dans le tableau ci-dessous. Attention les feuilles de calcul ne peuvent pas être utilisées hors du classeur.

La version pour LibreOffice ne fonctionne pas avec OpenOffice.

En cliquant ici vous pourrez ouvrir ou enregistrer une archive .zip contenant les deux versions

	Paramètres calculés	Page d'aide
Ecoulement de gaz dans une tuyauterie	Perte de charge, Débit, Profil de pression, Profil de vitesse, Vitesse critique,	aide
Ecoulement de liquide dans une tuyauterie	Diamètre, Longueur, Perte de charge, Débit, Vitesse, Régime d'écoulement, Viscosité, Rugosité, Pertes de charge singulières	aide
Ecoulement de gaz dans un orifice	Débit, Diamètre de l'orifice, Diamètre de la tuyauterie, Profil de pression, Profil de vitesse, Vitesse critique, Perte de charge, Masse volumique, Viscosité du fluide,	aide
Ecoulement de liquide dans un orifice	Débit, Diamètre de l'orifice, Diamètre de la tuyauterie, Perte de charge, Masse volumique, Viscosité du fluide,	aide
Mesure de débit par une plaque à orifice	Débit, Pression différentielle mesurée, Diamètre de l'orifice, Diamètre de la tuyauterie, Perte de charge, Masse volumique, Viscosité du fluide,	aide
Ecoulement de gaz dans une vanne	Débit, Coefficient de débit "Cv", % ouverture, Diamètre de la tuyauterie, Profil de pression, Profil de vitesse, Vitesse critique, Masse molaire du gaz, Cp/Cv, Viscosité du fluide,	aide
Ecoulement de vapeur dans une vanne	Débit, Coefficient de débit "Cv", % ouverture, Diamètre de la tuyauterie, Profil de pression, Profil de vitesse, Vitesse critique, Masse molaire du gaz, Cp/Cv, Viscosité du fluide,	aide
Ecoulement de liquide dans une vanne	Débit, Coefficient de débit "Cv", % ouverture, Diamètre de la tuyauterie, Profil de pression, Profil de vitesse, Viscosité du fluide,	aide
Pompage de liquide	Débit, Coefficient de débit "Cv", % ouverture, Relevage et rendement de la pompe, NPSH disponible	aide
Propriétés physiques de corps purs	Masse molaire, Températures d'ébullition, Pression de vapeur saturante, Températures et Pression critiques, Cp, Facteur de compressibilité Z, Masse volumique du gaz, Vitesse du son	aide
Propriétés de l'air humide	Humidité absolue, Humidité relative, température au bulbe humide, Température de rosée, Enthalpie de l’air humide, Masse volumique de l’air humide, capacité calorifique de l’air humide	aide
Propriétés de l'eau et la vapeur à saturation	Pression et température à saturation, qualité de la vapeur, enthalpie, entropie, masse volumique du liquide et de la vapeur. Utilise les formulations IAPWS95.	aide
Train d'échange de chaleur	Nombre d'échangeurs, Correction de DTLM, Températures entrée/sortie, Nombre d'unité de transfert,	aide
Tension de vapeur de mélanges binaires	Pression de vapeur saturante des corps purs, Volatilité relative de deux composants, Equilibre liquide vapeur de mélanges suivant méthode UNIFAC, en présence éventuelle d'un tiers solvant d'extraction	aide
Simulation shortcut d'une distillation	Nombre d'étages théorique, Reflux, Taux de récupération des constituants	aide
Dimensionnement des soupapes de sécurité	Section d'orifice, Choix de l'indice normalisé, Perte de charge dans les tuyauteries amont et aval	aide
Caractéristiques des combustibles et des fumées	PCI, PCS, Emission de CO2, Besoin en oxygène, en air, Excès d'air,
Compresseur alternatif à piston	Débit, Profil de pression, Profil de température, Puissance absorbée	aide

CoolProp

CoolProp est une bibliothèque open-source de programmes permettant de calculer les propriétés de composés et de mélanges principalement utilisés pour la réfrigération (frigorigènes, fluides caloporteurs, eau-vapeur, air humide). La documentation (en anglais) est disponible à l'adresse suivante: www.coolprop.org.
Les propriétés de l'eau et la vapeur sont calculées en utilisant les équations IAPWS-95.
Les propriétés de l'air humide sont conformes aux tables publiées par l'ASHRAE.
Mais la base de données thermodynamiques n'est pas limitée aux fluides frigorigènes, mais comprend un grand nombre de substances courantes.
Il est possible d'interfacer cette bibliothèque avec un tableur. Ne pas suivre les instructions disponibles sur le site coolprog.org; elles ne semblent pas à jour.
Vous sont proposés ici des exemples fonctionnels d'utilisation avec un tableur.

Calculs sur votre smartphone

Connaissez vous la HP42S? Ce calculateur de poche programmable commercialisé par Hewlett Packard dans les années 90 était l'un des modèles les plus aboutis et les plus efficaces de la célèbre marque. Ses principaux atouts sont:
 - l'intégration d'un solveur d'équation qui permet de calculer n'importe quelle variable d'une relation connaissant la valeur des autres bien sûr.
 - l'utilisation de menus dans les programmes pour faciliter l'interface avec l'utilisateur
 - l'utilisation de variables nommées qui peuvent être utilisées d'un programme à un autre

S'il est maintenant obsolète dans sa version initiale, Thomas Okken en a créé une version fidèle adaptée aux ordinateurs modernes. Cet émulateur est disponible gratuitement sur http://thomasokken.com/free42/

Il fonctionne sur la plupart des plateformes modernes, de bureau ou mobiles, exploitant des systèmes Windows, Apple, Androïd et même l'antique Palm.

Utilisable avec cet émulateur, je vous propose une bibliothèque de programmes de calculs pour les activités de procédé et de génie chimique, que vous pouvez télécharger ici

Contenu de la bibliothèque:

Identifiant	Objet du programme	Informations calculables	Aide
CpG	Cp d'un gaz	Application de la relation de Mayer
COMP	Compression des gaz	Débit, Puissance, profil de Pression, profil de Température, Coefficient et Rendement polytropique, charge du Refroidissement, Travail et Rendement isentropique	aide
C>K	Conversion de  température Celcius en  Kelvin
C>F	Conversion de  température Celcius en  Farenheit
CALT	Compresseur alternatif à piston	Débit massique, profil de Pression, Efficacité volumique, Vitesse de rotation, Cylindrée et Volume mort	aide
C2=	Propriétés de l'Ethylène	Charge masse molaire, propriétés critiques, Cp/Cv, équation d'Antoine pour être utilisés dans d'autres calculs
K>C	Conversion de  température Kelvin en  Celcius
FFROT	Facteur de frottement dans l'écoulement des fluides		aide
F>C	Conversion de  température Farenheit en  Celcius
EB	Propriétés de l'EthylBenzène	Charge masse molaire, propriétés critiques, Cp/Cv, équation d'Antoine
DISTIL	Distillation d'un mélange binaire	Volatilité relative, Composition d'alimentation, de tête et de fond, Taux de reflux, nombre d'étages théoriques, Taux de reflux minimum, nombre minimum d'étages théoriques	aide
CYLH	Volume contenu dans un cylindre horizontal partiellement rempli	Diamètre, longueur du cylindre, hauteur de remplissage	aide
ECHG	Train d'échangeurs tubes et calandres	Profil de température, Facteur de correction de DTLM, nombre d'unités de transfert, nombre de calandres nécessaires
LIT	Ecoulement de fluide dans un lit de particules	Débit, perte de charge, section de passage et longueur du lit, diamètre des particules, fraction de vide	aide
MSVOL	Masse volumique d'un gaz	Masse molaire du gaz, pression, température, facteur de compressibilité Z, masse volumique
N2	Propriétés de l'Azote	Charge masse molaire, propriétés critiques, Cp/Cv, équation d'Antoine
ORIFG	Ecoulement de gaz dans un orifice	Débit, profil de pression, régime d'écoulement, diamètre de l'orifice
ORIFL	Ecoulement de liquide dans un orifice	Débit, perte de charge, diamètre de la tuyauterie et de l'orifice, masse volumique et viscosité du liquide	aide
PSVG	Ecoulement de gaz dans une soupape	Débit, section de passage, profil de pression, régime d'écoulement
PSVL	Ecoulement de liquide dans une soupape
REYNOLD	Nombre de Reynolds d'un écoulement de fluide dans une tuyauterie	Débit, diamètre, masse volumique, viscosité	aide
SECTION	Section circulaire	Diamètre, section
SPHERE	Volume contenu dans une sphère	Diamètre de la sphère, hauteur de remplissage	aide
STEAM	Propriétés de l'eau et de la vapeur à saturation	Pression et température à saturation, qualité de la vapeur, enthalpie, entropie, masse volumique du liquide et de la vapeur. Utilise les formulations IAPWS95.	aide
TUYG	Ecoulement de gaz dans une tuyauterie	Débit, longueur et diamètre de la tuyauterie, profil de pression et de température.Application de la relation de Fanno.	aide
TUYL	Ecoulement de liquide dans une tuyauterie	Débit, longueur et diamètre de la tuyauterie, profil de pression, coefficient de perte de charge
TV	Tension de vapeur d'un corp pur	Application de l'équation d'Antoine pour le calcul de la pression de vapeur saturante ou de la température d'ébullition d'une substance	aide
VANG	Ecoulement de gaz dans une vanne	Débit, profil de pression, Cv de vanne, fraction d'ouverture, masse molaire du gaz
VANL	Ecoulement de liquide dans une vanne	Débit, perte de charge, Cv de vanne, fraction d'ouverture, masse volumique du liquide
VITESS	Vitesse d'un fluide dans une tuyauterie	Débit, diamètre, masse volumique du fluide, vitesse, ρv²
Z	Facteur de compressibilité d'un gaz	Application de la relation de Redlich Kwong	aide

Utilisations des programmes avec Free42

Pour choisir un programme

 puis choisir le programme dans le menu qui apparait
Plusieurs lignes de menu sont disponibles que l'on fait défiler au moyen de  ou
Les programmes dont le nom commence par les signes = ou * sont des sous-programmes sans utilité pour l'utilisateur final.
HELP donne accès à un des aides succintes sur les programmes ou les variables
LIQUI donne accès à des programmes applicables aux liquides
FLUID donne accès à des programmes relatifs aux propriétés des fluides et des écoulements
GAZ donne accès à des programmes applicables aux gaz
TEMP donne accès à des programmes de conversion d'unités de température
PROPH donne accès à des programmes calculant des propriétés physiques de substances

Pour lancer un calcul

Pour la plupart des programmes, un menu permettant de renseigner les variables est proposé .
Pour affecter une valeur à une variable, frapper la valeur à l'aide du clavier puis appuyer sur la touche correspondant à la variable. Pour vérifier la valeur affectée à une variable appuyer sur  puis la touche correspondant à la variable.
Le menu peut prendre plusieurs lignes; les faire défiler pour trouver la variable souhaitée. Affecter une valeur estimée à la variable à calculer; même très approximative cette initialisation facilitera la convergence du programme.
Pour lancer le calcul appuyer une dernière fois sur la variable à calculer.
Le résultat doit apparaitre sur l'affichage avec le nom de la variable suivi du signe égal et la valeur trouvée.

Choix de la variable à calculer

Chaque programme vise à résoudre une relation entre différentes variables telle que f(x,y,z,...)=0. Le programme peut également calculer d'autres informations qui n'appartiennent pas à cette relation. Ce sont alors de simples résultats de calcul. Seule une variable appartenant à la relation peut être désignée comme variable à calculer. Ces variables sont présentées en premier dans les menus. Les résultats de calcul sont présentés en fin de menu. Si un résultat de calcul est désigné par erreur comme variable à calculer, un message de ce type est affiché

Choix des unités

Les variables sont nommées et conservent leur valeur lorsqu'elles sont utilisées dans différents programmes. Vous pouvez ainsi calculer une variable à l'aide du programme A et l'utiliser dans un progamme B sans devoir entrer sa valeur. Pour éviter toute erreur il faut veiller à toujours utliser des unités compatibles. Vous trouverez dans le programme d'aide sur les variables (XEQ > HELP > ?VAR), pour chacune d'elles l'unité à utiliser.

Pour utiliser la calculatrice

Cette calculatrice utilise la "notation polonaise inverse" comme la plupart des modèles de ce fabricant. Pas de parenthèse, mais une pile de registres de stockage temporaire X, Y Z et T. Les registres de la pile peuvent être successivement appelés par la touche 
Pour sommer, soustraire, multiplier ou diviser:
entrer le premier terme puis appuyer sur ; la valeur est stockée dans le registre X
entrer le second terme; la nouvelle valeur est stockée dans le registre X tandis que la valeur précédente de X est transférée dans Y
appuyer sur l'opérateur +, -, *, /; le résultat de l'opération Y (+, -, *, /) X est stocké dans X.
Pour calculer le logarithme, la tangente, ... d'une valeur: entrer la valeur dans X puis appeler la fonction souhaitée. Le résultat est stocké dans le registre X.
Lorsqu'un menu de programme est actif, les touches de la rangée supérieure du clavier sont affectées au menu. Pour utiliser les fonctions normalement affectées à ces touches frapper d'abord la séquence +