Mesure de débit : Venturi, Orifice et Tube de Pitot

Le tube de Venturi

Le tube de Venturi possède deux entrées à chaque extrémité d'une buse. Le fluide passe à travers cette buse, généralement fabriquée à partir d'un moulage unique, et comprend physiquement les éléments suivants :

• Une section en amont du même diamètre que le tuyau, équipée d'un anneau de cuivre avec une série d'ouvertures piézométriques pour mesurer la pression statique.
• Une section convergente conique et un col cylindrique, également muni d'un anneau piézométrique en laiton.
• Une section conique avec une divergence progressive vers le diamètre d'origine de la canalisation. Les anneaux piézométriques sont connectés aux extrémités d'un manomètre différentiel.

La taille du Venturi est spécifiée par le diamètre de la canalisation utilisée et le diamètre de la gorge (par exemple, un Venturi 6''x4'' s'adapte à un tuyau de 6'' avec une gorge de 4'').

Pour obtenir des résultats précis, le Venturi doit être précédé d'une longueur droite d'au moins 10 fois le diamètre de la canalisation.

Lors du passage du liquide vers la gorge, la vitesse augmente de façon spectaculaire et la pression diminue. La perte de charge dans le cas d'un flux incompressible est une fonction de la lecture sur la jauge.

Le tube de Venturi a diverses applications ; il est utilisé dans les moteurs comme composant essentiel des carburateurs et des systèmes de propulsion.

Autres caractéristiques :

• Utilisé lorsqu'il est important de limiter la chute de pression.
• Composé d'un choc conique effilé dont la sortie est lisse.
• Adapté aux fluides sales ou peu contaminés.

La plaque à orifice

La plaque à orifice se compose d'une plaque perforée installée dans le tuyau. Le trou possède une ouverture cylindrique ou prismatique à travers laquelle s'écoule le liquide. Le trou est normalisé et conçu de telle sorte que le jet généré ne touche pas la paroi à l'orifice de sortie.

Le débit peut être déterminé par les lectures de pression différentielle. Deux prises sont connectées à l'avant et à l'arrière de la plaque pour capturer cette pression.

Types de plaques :

• Plaques concentriques : Utilisées pour les liquides (trou au centre).
• Plaques excentriques : Utilisées pour les changements de pression de gaz impliquant des turbulences, afin d'éviter l'accumulation de particules. Le côté haute pression permet d'éviter les erreurs de mesure.
• Plaques segmentées : Utilisées pour les matières particulaires provoquant des turbulences. Pour empêcher le dépôt de solides ou de gaz, la plaque comporte un trou d'aération. Différents profils de trous sont utilisés, notamment : "chanfrein", "quart de cercle" et "chanfrein droit".

L'équation de Bernoulli

L'un des principes les plus utiles en mécanique des fluides est utilisé pour mesurer le débit. Le théorème de Bernoulli stipule que l'énergie d'un fluide, mesurée par l'énergie gravitationnelle, cinétique, potentielle et la pression, est constante.

Le tube de Pitot

Le tube de Pitot est la forme la plus ancienne de mesure de la pression différentielle pour connaître la vitesse d'un fluide dans un tuyau. Il se compose d'un petit tube dont l'entrée s'ouvre dans le sens du flux. La vitesse du fluide à l'entrée est nulle (point d'arrêt), transformant ainsi l'énergie cinétique en énergie de pression, ce qui conduit à une pression accrue à l'intérieur du tube (pression totale).

Ces instruments sont simples, peu coûteux et disponibles dans un large éventail de tailles. S'il est utilisé correctement, une précision modérée peut être atteinte. Bien que son usage courant soit de mesurer la vitesse de l'air, il est aussi utilisé, avec une technique d'intégration, pour indiquer le débit total dans les conduits de grande taille et avec pratiquement tout fluide.

Caractéristiques :

• Mesure la vitesse en un point précis.
• Avantages : faible perte de charge et coût réduit, idéal pour les tuyaux de grand diamètre (gaz et fluides propres).
• Composé d'un tube de petit diamètre qui résiste à l'écoulement, annulant la vitesse dans la partie humide.

Fonctionnement et formule :

Le trou dans le tube de Pitot capte la pression totale. La pression statique est prise sur le côté. La pression différentielle résultante est une pression dynamique dépendante de la vitesse. Une fois cette différence calculée, il est possible de déterminer la vitesse du fluide et le débit total grâce à l'équation de Bernoulli.