Expérience hydraulique : la mesure de débit

Résumé du document

Dans cette expérience on cherche à mesurer le débit. Le principe de la méthode de mesure consiste à interposer des éléments primaires (ici un tube de venturi, un diaphragme, un élargissement et un coude à 90°) sur le passage du fluide s'écoulant en charge dans une conduite, ce qui crée une pression différentielle (différence de pression) entre l'amont et l'aval de ces éléments primaires.

Le diaphragme ainsi que les tuyères et tubes de venturi insérés dans une conduite en charge déterminent le débit du fluide s'écoulant dans cette conduite. Le but de l'expérience est de trouver une formule mettant en relation les différences de pression et les débits pour cinq singularités différentes. Cela revient à étalonner ces singularités en fonction des débits.

L'expérience consiste à faire varier le débit d'eau circulant à travers le système. Pour chacun des débits est relevée la hauteur de la ligne piézométrique visualisée par l'eau remontant dans les tubes du même nom.

Le débit est mesuré de façon massique, c'est-à-dire que le banc d'essai hydraulique est constitué d'un bac fixé sur un bras de levier de rapport 1:2. A l'autre extrémité de ce balancier se trouve un contrepoids. Le principe est que le bac commence à se remplir et déclenche une première fois un chronomètre. Ensuite, un poids P est ajouté du côté du contrepoids. Une fois que la quantité d'eau dans le bac atteint la valeur de deux fois ce poids P (en raison du rapport du bras de levier), le chronomètre est à nouveau déclenché et indique un temps t. Le débit peut ainsi être calculé, connaissant également la masse volumique de l'eau.

Extraits

[...] Le tube du rota mètre porte le symbole hrota Déroulement de l'expérience L'expérience consiste à faire varier le débit d'eau circulant à travers le système. Pour chacun des débits est relevée la hauteur de la ligne piézométrique visualisée par l'eau remontant dans les tubes du même nom. Le débit est mesuré de façon massique, c'est-à-dire que le banc d'essai hydraulique est constitué d'un bac fixé sur un bras de levier de rapport 1:2. A l'autre extrémité de ce balancier se trouve un contrepoids. Le principe est que le bac commence à se remplir et déclenche une première fois un chronomètre. [...]

[...] Une fois que la quantité d'eau dans le bac atteint la valeur de 2 fois ce poids P (en raison du rapport du bras de levier), le chronomètre est à nouveau déclenché et indique un temps t. Le débit peut ainsi être calculé, connaissant également la masse volumique de l'eau. Il a fallu faire huit mesures à différents débits. Nous avons relevé au début et à la fin de chaque obstacle différentes pressions. La différence de pression entre le début et la fin d'un obstacle nous donne la perte de charge. [...]

[...] Cela s'explique par le fait que le fluide qui passe dans de tels éléments voit sa pression baisser par le fait de franchir le resserrement, en même temps que sa vitesse s'accroît. Alors qu'en passant par un élargissement le fluide est soumis à des turbulences, influençant ainsi les mesures de pertes de charge, donc de débits. Les calculs de débit sont très imprécis pour le passage dans le coude, car nous n'avons pas utilisé les méthodes de calcul conventionnelles pour ce type d'élément. [...]

[...] En effet, celle-ci étant longue et fastidieuse, nous avons fait l'approximation que le coude se comportait comme un diaphragme de large ouverture. Dans le milieu professionnel, le tube de Venturi est l'élément le plus utilisé pour la mesure de débit. En effet, son utilisation est simple et les mesures fournies sont fiables. [...]

[...] Débit expérimental Le système est équipe d'une balance romaine qui permet de mesurer le débit expérimental. Voir figure ci-dessus. Apres avoir fermé le bouchon du petit bassin celui-ci commence a se remplir et déclencher le chronomètre, on rajoute ensuite une masse et une fois celle-ci compensée le système va arrêter le chronomètre. Le débit expérimental Q sera calculé à l'aide de la formule : Qexp : debit experimental [m3. s-1 ] M : masse [kilogramme] ρ : masse volumique de l'eau 1000 m3] t : temps Tube de venturi On considère un volume V de fluide de masse ce fluide étant par hypothèse incompressible et en régime permanent, il occupe toujours le même volume. [...]