Exercices et proble`mes dapplication : vannes de regulation

Bruno Permanne

12 mars 2015

1 Separateur biphasique

1.1 IntroductionOn se propose de dimensionner les vannes de regulation dun separateur biphasique eau/huile :

FIGURE 1 Principe du separateur Eau/Huile

Grandeur Symbole Valeur UnitePression atmospherique patm 900 hPaaPression air separateur pa 0,8 bargTemperature des fluides 15 C

Eau

Debit nominal qve 35 m3.h1Viscosite dynamique 1 cPo

Masse volumique e 1000 kg.m3Tension de vapeur pv 0,02 baraPression critique pc 212 bara

Huile

Debit nominal huile qvh 5 m3.h1Viscosite dynamique 85 cPo

Masse volumique h 920 kg.m3Tension de vapeur pv 0,00001 baraPression critique pc 1000 bara

AirDebit nominal qma 15 kg.h1

Coefficient de compressibilite Za 1 Masse molaire moleculaire Ma 28,97 g.mol1

TABLE 1 Donnees dans les condition de pression et de temperature du procede

1

Notes :

On rappelle la correspondance S.I. pour la viscosite dynamique cPo 103Pa.s On rappelle que la masse volumique dun gaz , avec R= 8,3145J.mol1.K1 constante des gaz parfait, a pour expression :

=pMZRT

Diame`tres(mm) 5 8 12 15 20 26 33 40 50 60 66 80 92 102 127pouces 1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1 1/4 1 1/2 2 2 1/4 2 1/2 3 3 1/2 4 5

TABLE 2 Conduites : diame`tres normalises

1.2 Etude de LV3LV3 est la vanne de regulation de niveau dinterface eau/huile controlant le debit de soutirage deau. La perte de charge en

amont de la vanne est negligee.

Questions (Toutes formules S.I.) :1. Calculer qvemax = 1,3qve2. Calculer les pressions absolues p1 et p2 amont et aval de la vanne LV3. En deduire p3. Calculer lautorite A de la vanne4. Citer le type de caracteristique intrinse`que le mieux adapte.5. Calculer le diame`tre de la conduite sachant que lon a determine par ailleurs que pour un nombre de Darcy f = 0,04 on a

approximativement :

D= 2(Leq q2vemaxppdc

)1/5Arrondir le resultat a` un diame`tre normalise.

6. Calculer la vitesse U du fluide et le nombre Re de Reynolds. En deduire la nature de lecoulement.7. Calculer le coefficient FF et la difference de pression critique pc. En deduire si lecoulement dans la vanne me`ne a` la

cavitation ou vaporisation ou non.8. Calculer Cvmax pour qvemax9. Choisir la vanne de regulation dans lextrait de catalogue fourni et et en deduire le Cvmax(vanne) et son diame`tre Dvanne

10. Linstallation de la vanne necessite-t-elle la mise en place de convergent/divergent. Si cest le cas recalculer le Cv apre`savoir calcule le coefficient FP

11. Dessiner le schema T.I. correspondant a` la mise en place de la vanne et de son by-pass. Expliquer la nature et le role dechaque element.

1.3 Etude de LV2LV2 est la vanne de regulation de niveau dhuile controlant le debit de soutirage dhuile. Etant donne la viscosite du fluide,

on soupconne un ecoulement de type laminaire. La perte de charge en amont de la vanne est negligee.

Questions :1. Calculer qvhmax = 1,3qvh2. Exprimer les pressions absolues p1 et p2 amont et aval de la vanne LV2. En deduire p3. Calculer lautorite A de la vanne4. Citer le type de caracteristique intrinse`que le mieux adapte.5. Calculer le diame`tre de la conduite sachant que lon a determine par ailleurs que pour un ecoulement laminaire on a :

D=(

128Leq qvhmaxpippdc

)1/4Arrondir le resultat a` un diame`tre normalise.

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6. Calculer la vitesse U du fluide et le nombre Re de Reynolds. Confirmer que lecoulement est bien laminaire.

7. Calculer le coefficient FF et la difference de pression critique pc. En deduire si lecoulement dans la vanne me`ne a` lacavitation ou vaporisation ou non.

8. Calculer Cvmax pour qvemax en choisissant la plus grande valeur obtenue :

(a) A laide de la relation generale

(b) A laide de la relation pour les fluides visqueux

9. Choisir la vanne de regulation dans lextrait de catalogue fourni et et en deduire le Cvmax(vanne) et son diame`tre Dvanne10. Linstallation de la vanne necessite-t-elle la mise en place de convergent/divergent. Si cest le cas recalculer le Cv apre`s

avoir calcule le coefficient FP

1.4 Etude de PV1PV1 est la vanne de regulation de pression dair interne du separateur controlant le debit dechappement dair a` latmosphe`re.

La longueur des conduites etant tre`s faible, on neglige la perte de charge amont+aval ppdc , lautorite de la vanne est donc A= 1.

Questions :

1. Citer le type de caracteristique intrinse`que le mieux adapte.

2. Calculer la masse volumique ap de lair comprime dans dans les conditions de pression et de temperature du separateur.En deduire le deduire le debit dair qva du procede puis qvamax = 1,3qva a` lentree de la vanne de regulation PV1

3. Calculer les pressions absolues p1 et p2 amont et aval de la vanne PV1. En deduire p4. La vanne etant du type simple sie`ge et en calculant y , determiner si lecoulement est critique ou non.

5. La vanne etant dans la configuration avec fluide tendant a` ouvrir, calculer Cvmax pour qvamax6. Choisir la vanne de regulation dans lextrait de catalogue fourni et en deduire leCvmax(vanne) le diame`tre Dvanne de la vanne

qui sera egalement celui des canalisations amont et aval.

7. Calculer louverture de la vanne Yr(%)pour

8. Calculer la masse volumique a0 de lair comprime dans dans les conditions de pression et de temperature atmospheriquesdonnees. En deduire le deduire le debit dair qva0 puis qva0max = 1,3qva0 a` la sortie de la vanne de regulation PV1

9. Calculer la vitesse du gaz U1 a` lentree et U2 a` la sortie de la vanne PV1.

10. Etude du bruit genere par la vanne et sa tuyauterie de sortie :

(a) Calculer Ma , le nombre de Mach

(b) Calculer le diame`tre sonique D

(c) Calculer le niveau de bruit dorigine aerodynamique Lp(vanne)sachant que pour lair Lp(gaz) = 0(d) Calculer le niveau de bruit dorigine aerodynamique Lp(sortie)sachant que pour lair Lp(gaz) = 0(e) En deduire le niveau de bruit global dorigine aerodynamique Lp(f) Ce niveau de bruit est-il compatible avec la reglementation ?

(g) Dans les cas ou` le niveau de bruit serait trop important, que pourrait-on faire ?

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Annexe 5 Catalogue de vannes de regulation

FIGURE 2 Caracteristiques vannes GX : DN 1599K20

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FIGURE 3 Caracteristiques vannes GX : DN 2599K50

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FIGURE 4 Caracteristiques vannes GX : DN 8099K 150

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