Le bocal-relais

L’un des problèmes consistait a distribuer de manière homogène le débit fourni par une pompe au niveau de quatre injections. Dans cette optique un bocal-relais a été conçu (fig. 23). Il s’agit d’un cylindre qui sera connecté à la tuyauterie DN200 dans sa partie amont. Il est équipé dans sa partie aval de quatre piquages avec réduction pour connexion avec les tuyaux souples de DN80. Pour être efficace, le bocal-relais doit être conçu de sorte que la vitesse des fluides y soit quasiment nulle par rapport à la vitesse des fluides dans l’ensemble de la tuyauterie et que le flux soit stabilisé au moment où il va être redistribué sur les quatre piquages. Nous avons choisi une section circulaire de 0,25 m² qui est 8 fois plus importante que celle des conduites DN200. La vitesse maximum atteinte dans le bocal-relais correspond à un débit de 140 l/s et est de 0,6 m/s.

Une perturbation quelconque dans une installation a une influence sur l’écoulement du fluide vers l’aval sur une longueur caractéristique égale à 5D, D étant le diamètre de la conduite. Lorsque l’eau débouche dans le bocal-relais, elle subit des perturbations liées à l’élargissement de la conduite DN200 sur une longueur de 5D = 1 mètre vers l’aval. C’est pourquoi nous avons choisi de réaliser un bocal d’une longueur de 1 m : à l’extrémité aval du bocal, on peut alors considérer que le flux est stabilisé.

Les plans du bocal-relais sont présentés en figure 23. Pour limiter les pertes de charges, un divergent conique à l’amont du bocal et quatre convergents coniques dans la partie aval ont été installés aux changements de section. Le bocal est réalisé en inox de 3 mm d’épaisseur.

3.1.4. La cuve.

Pour un fonctionnement optimal, la pompe nécessite un volume tampon d’environ 5 m³. Ce volume est constitué par une cuve en PEHD de 1,6 mètres de haut pour 2 mètres de diamètre (fig. 24). L’épaisseur du PEHD est de 10 mm pour les parois et de 20 mm pour le fond. Des raidisseurs circulaires sont ajoutés autour de la cuve.

Cette capacité dispose de 3 orifices sur lesquels ont été greffés des piquages cylindriques. Le premier piquage, de diamètre 200 mm, est constitué d’un convergent côté interne et d’une bride PN10 côté externe ; ce piquage permettra la connexion de la cuve à la pompe. Les deux autres piquages sont diamétralement opposés au premier. De diamètre interne 32 mm et externe 40 mm, ils sont destinés à l’évacuation des fluides. L’un d’entre eux est un orifice de vidange placé à la base de la cuve. Le second est disposé à une hauteur de 1100 mm et permettra l’éventuelle évacuation des fluides réchauffés par le fonctionnement du dispositif pendant que de l’eau froide sera fournie à proximité du piquage d’alimentation de la pompe. En effet, la puissance de la pompe nécessaire au bon fonctionnement du dispositif est de plusieurs kW. Il faut envisager qu’une partie de cette énergie soit transmise au fluide sous forme de chaleur. Les échanges calorifiques entre le fluide, les matériaux constituant l’installation et l’air étant très complexes à estimer, nous ne pouvons prédire l’élévation de la température du fluide. C’est pourquoi nous avons par mesure de précaution installé ce piquage d’évacuation supplémentaire.

Une seconde précaution a été prise en installant dans la cuve un contrôleur de niveau à flotteur. Cette sécurité arrêtera le dispositif si le niveau d’eau devient insuffisant, les conséquences d’un manque d’eau pouvant être destructrices pour la pompe.

3.1.5. Le débitmètre.

Le débit du fluide représente l’une des variables les plus importantes du système. Nous avons choisi d’y installer un débitmètre électromagnétique. Ce dernier fonctionne selon la loi d’induction de Faraday (fig. 25) : Um = Bvd.

Um = tension de mesure qui est générée dans l’axe perpendiculaire au champ magnétique et au sens d’écoulement du fluide ; elle est prélevée sur deux électrodes ponctuelles.

B = induction magnétique qui traverse le fluide en mouvement dans le sens perpendiculaire au

sens d’écoulement.

v = vitesse d’écoulement du fluide. d = diamètre intérieur du tube de mesure.

Figure 25 : schéma illustrant le principe de fonctionnement du débitmètre électromagnétique (figure extraite de la brochure technique du débitmètre SIEMENS).

Lorsqu’un conducteur se déplace dans un champ magnétique, il est le siège d’une tension induite. Le champ magnétique est produit par les bobines dans le capteur et se développe dans la conduite. Le fluide en circulation (formant le conducteur en déplacement) génère au passage dans le champ magnétique une tension proportionnelle à la vitesse d’écoulement, qui est prélevée sur les électrodes du capteur.

La précision de la mesure dépend de la régularité de l’écoulement. Ainsi, des longueurs de conduites rectilignes sont recommandées à l’amont et à l’aval du débitmètre : 5D à l’aval, 20D à l’amont dans le cas où le débitmètre est installé en sortie de pompe.

Dans notre cas, D = 200 mm à 5D = 1 mètre et 20D = 4 mètres. La longueur aval ne pose pas de problème mais la longueur amont nécessaire augmente considérablement l’encombrement du dispositif. C’est pourquoi nous avons choisi d’installer un redresseur de courant dans la conduite en sortie de pompe (voir description § 3.2.6.) afin de réduire la longueur amont de 2 mètres.

Les informations présentées ci-dessus sont issus de la brochure technique du débitmètre Siemens dont nous avons fait l’acquisition.