Compteur Venturi

Un compteur Venturi est un instrument de mesure du débit qui comporte un morceau de tuyau convergent pour augmenter intentionnellement la vitesse de l’écoulement et, par conséquent, une chute de pression. Ce comportement permet de déterminer le débit.

Les compteurs Venturi sont un outil courant et sont utilisés dans l’industrie de l’approvisionnement en eau depuis de nombreuses années. Ils sont généralement utilisés lorsqu’une baisse permanente de la pression est nécessaire, et également lorsqu’une précision maximale est requise. Cela signifie qu’ils peuvent être utilisés pour mesurer les débits de gaz, de boues, de solides en suspension, d’eau et de liquides sales.

Dans cet article, nous allons explorer un concept d’ingénierie intéressant et découvrir les calculs qui expliquent ses effets. Nous étudierons l' »effet Venturi » et la façon dont un compteur Venturi peut être utilisé pour comprendre certains concepts fondamentaux de la mécanique des fluides.

On trouve fréquemment des dispositifs Venturi dans :

• Les canalisations des systèmes de collecte et des usines de traitement de l’eau pour réguler le blocage dû aux solides qui se déplacent dans les canalisations.
• Carburateurs de moteurs à combustion pour mesurer le débit d’air et réguler le mélange air/gaz.
• Équipements utilisés dans des environnements froids ou difficiles en raison de l’absence de pièces mobiles, ce qui entraîne un faible taux de défaillance.

Explication du compteur Venturi

Le compteur Venturi doit son nom à Giovanni Venturi, un physicien et scientifique italien du début du XIXe siècle, dont les travaux pionniers en mécanique des fluides sont encore enseignés aujourd’hui dans les cours sur les fluides et la thermodynamique.

En réfléchissant à la façon dont un fluide newtonien s’écoule dans un système, on peut penser que s’il y a un changement dans la surface à travers laquelle le fluide s’écoule, il y aura un changement associé dans le débit. Lorsque l’on connecte deux tuyaux de taille différente, il y a une « gorge » ou un étranglement entre eux, c’est à ce point que l’on peut observer le changement de débit.

Par exemple, si un tuyau fin est connecté à un gros tuyau, la logique voudrait que le fluide s’écoule plus lentement une fois qu’il atteint le gros tuyau. De même, lorsqu’un gros tuyau se raccorde à un plus petit, la pression constante du gros tuyau pousse l’eau plus rapidement dans le tuyau plus fin. Le compteur Venturi fait spécifiquement référence à un tube en forme de U qui est fixé au tuyau. Dans ce dispositif, on peut observer un changement de pression entre le tube et l’étrangleur, plus précisément dans la hauteur du liquide dans le tube.

Le compteur Venturi est constitué de trois parties principales : la section convergente, le col et la section divergente. Au fur et à mesure qu’un fluide s’écoule vers le col, une pression s’accumule derrière le col, poussant le fluide à travers à un taux plus élevé. Dans le domaine de la dynamique des fluides, la vitesse d’un fluide augmente lorsqu’il passe dans une partie rétrécie, comme le montre le principe de continuité de la masse. La pression statique diminue conformément aux principes de conservation de l’énergie mécanique. Les gains d’énergie cinétique à travers le système seront accumulés en raison de l’équilibre entre la vitesse et la pression, lorsque la vitesse augmente, la pression doit diminuer. Ce changement de pression peut être observé dans un tube attaché à la tuyauterie, en comparant les niveaux de liquide de chaque côté (voir le schéma ci-dessous).

Une façon simple de démontrer l' »effet Venturi » consiste à utiliser un morceau de tube ou un tuyau dans lequel circule un fluide. Lorsque vous écrasez une partie du tube et créez une « gorge », le débit à l’extrémité du tube augmente.

Certains exemples commerciaux de cet effet peuvent être vus dans les aquariums, où ils utilisent des tubes avec des dispositifs Venturi réglables afin d’aérer l’eau dans le système. D’autres exemples sont les buses de mousse de lutte contre l’incendie, les écumeurs de protéines, les carburateurs ou les aspirateurs d’eau.

Comment fonctionne un compteur Venturi ?

Le fonctionnement d’un compteur Venturi est basé sur l’équation de Bernoulli. Celle-ci stipule que le flux d’un fluide incompréhensible a une énergie constante en tout point. Cette relation particulière signifie que la pression diminue lorsque la vitesse augmente, de sorte que les compteurs Venturi sont utilisés lorsque des augmentations de vitesse sont souhaitées. Les compteurs Venturi sont construits de manière à ce que la section transversale au milieu du compteur soit plus petite que celle de l’entrée. Cela augmente la vitesse de l’écoulement et signifie qu’il existe une différence de pression entre l’entrée et la gorge du compteur. En utilisant un manomètre différentiel, cette différence de pression peut être mesurée et le débit peut en être déterminé. La perte de pression est très faible avec un compteur Venturi, ce qui signifie qu’il mesure le débit avec une très grande précision.

Afin de comprendre comment le débit va changer, nous pouvons calculer les changements attendus dans le débit. L’équation de Bernoulli est utilisée comme base pour définir le système. (Illustré ci-dessous ; où p1 et p2 sont les pressions, v1 et v2 sont les vitesses. [flow rate] et p est la densité du liquide)

A est la surface du tube, le starter et v la vitesse du fluide et p la pression.

En utilisant cette formule et en connaissant la surface et la pression en chaque point, nous pouvons calculer le débit avant et après le starter.

Pourquoi mesurer le débit ?

Dans de nombreuses industries, il est vital de pouvoir mesurer le débit d’un fluide dans un système ou même simplement une partie d’un système. Ceci est aussi important pour les liquides que pour les gaz, qui sont des éléments essentiels de la plupart des processus. Même dans le fonctionnement d’une usine, la compression, l’eau, la vapeur et l’air font partie intégrante de la fonctionnalité de l’ensemble de l’usine. Les compteurs Venturi sont généralement installés pour l’une des deux raisons suivantes :

Répartition des coûts

Le chauffage des locaux ou des processus généré par l’énergie doit faire l’objet d’un suivi. Il est absolument essentiel dans les opérations de savoir où les coûts sont engagés et quelles pièces peuvent être rendues plus efficaces ou améliorées pour économiser des coûts. L’installation d’un compteur Venturi permet de suivre ces coûts et de les attribuer à chaque pièce, produit ou système particulier. Cela signifie que les coûts seront considérablement réduits car ils peuvent être analysés en temps réel et des solutions proactives peuvent être créées.

Contrôle des processus

Dans ce cas, un compteur Venturi mesure le débit avec lequel le matériau ou l’énergie se déplace, afin de s’assurer que le processus est contrôlé à un taux acceptable et que le produit final est de qualité suffisante. Une application typique serait l’industrie de l’alimentation animale, où des systèmes d’injection de vapeur sont utilisés. Il peut s’agir d’un processus délicat, car si l’on utilise trop de vapeur, le produit ne conservera pas sa forme de granulés, et si l’on n’en utilise pas assez, le matériau risque de ne même pas pouvoir être traité et d’endommager des machines très coûteuses.