Comment mesurer un débit d’air ?
Détermination d’un débit d’air
La connaissance du débit d’air Q, implique celle de la section S et de la vitesse moyenne vm dans cette section. Il existe différentes méthodes pour déterminer la section et la vitesse moyenne.
Mesure de la section
- Tables fonction de la hauteur et de la largeur
Ces tables ne donnent des résultats corrects que dans le cas de cadres ayant leur forme d’origine et d’un sol bien plan et horizontal. C’est le procédé le plus simple mais il conduit à des erreurs énormes lorsqu’on l’applique sans discernement à des sections très irrégulières.
- Décomposition de la section en surfaces géométriques simples
On détermine une juxtaposition de figures simples qui correspond aussi bien que possible à la section que l’on veut estimer. On mesure les dimensions qui permettent de calculer la surface de ces figures simples : demi-cercles, rectangles, trapèzes, triangles.
Ce procédé permet une évaluation rapide des sections de forme tout à fait quelconque ; il ne faut pas cependant en attendre une grande précision.
- Evaluation à partir d’un quadrillage de la section
Cette méthode que les géomètres savent mettre en œuvre, permet une très bonne précision si les points relevés sont assez serrés ; il faut passer un temps assez long à chaque station.
Notons que les coordonnées polaires sont souvent plus commodes que les coordonnées cartésiennes pour effectuer le « quadrillage », elles permettent le calcul de la section à partir des mesures sans planimétrage.
- Photo-profil
C’est la méthode utilisée pour les mesures en vue d’études d’aérage. L’opération au fond est rapide et répétitive.
On utilise pour cela un projecteur Photoprofil alimenté par une lampe-chapeau. La photo se fait par l’intermédiaire d’un appareil photo.
On retrouve donc sur la photographie le périmètre lumineux de la galerie ainsi qu’un carré représenté par 4 points lumineux représentant une surface d’exactement 1m².
On doit recommencer si une photo n’a pas été réussie, ce qui est très rare, mais en aucun cas on ne peut avoir de résultats faux.
Cette méthode est très bien adaptée à l’exécution de série de mesures, deux hommes peuvent, en un poste, relever jusqu’à 40 sections si les trajets ne sont pas très long.
- Galerie de forme rectangulaire
La section S d’une galerie de forme rectangulaire parfaite se calcule comme suit :
S = L*H
- Galerie de forme TH
Section S d’une galerie de forme « cadre TH » se mesure et se calcule comme suit :
Soit K un coefficient de forme de la galerie
S = H*B*K
Valeurs particulières de K :
Mesure de la vitesse v dans les galeries
- Répartition de la vitesse dans une section
La vitesse en un point pris dans une section dépend de la position de ce point et en particulier de sa distance aux parois.
Les zones proches des parois, où la vitesse est faible, ont une grande importance car elles représentent une proportion importante de la section totale. Ainsi, la surface comprise entre le conteur extérieur de la section et une courbe homothétique de celui-ci dans le rapport 4/5 est égale à 36% de la section totale, dans une galerie cadrée en TH 420 la largeur de cette couronne est seulement de 40cm ; cette zone importante où la vitesse est faible échappe habituellement au balayage classique.
- Choix de la section
Pour qu’une mesure soit juste, il convient de choisir une section bien définie où :
-
- L’écoulement est à peu près permanent, c’est-à-dire que la vitesse mesurée en un point varie peu au cours du temps. On évitera donc de faire des mesures lorsqu’il y a des manœuvres de portes ou des circulations d’engins.
- Le profil des vitesses est régulier. Il faut éviter la proximité des obstacles tels que les dépôts de matériel ou les trains arrêtés et des portes dont les guichets ou les défauts d’étanchéité sont à l’origine de fuites sous forme de jets à grande vitesse.
- Aucune fraction du débit ne pourra échapper à la mesure. Il faut éviter en particulier les sections où il existe un vide important entre le garnissage et le terrain.
En principe, on choisira un tronçon de galerie rectiligne, non encombré, dont les cadres sont bien alignés avec un bon garnissage. On repérera soigneusement la section choisie pour l’utiliser lors des mesures ultérieures.
- Méthode de mesure « Polaire »
Les mesures sont effectuées par un anémomètre équipé d’une canne télescopique.
Cette méthode comprend 21 points de mesures répartis en 3 rayons r et un centre P.
Les points P1, P2, P3 sont répartis sur un rayon tel que :
P3 = ½ r P2 = ¾ r P1 = 9/10 r
Remarque : pour repérer les points de mesures, on pourra tendre un élastique marqué des repères P1 à P3.
- Méthode de mesure « polaire simplifiée »
On utilisera le même matériel que pour la méthode polaire.
Cette méthode comprend 5 points de mesures répartis 1 rayons r et un centre P.
Les points P2 sont répartis sur un rayon tel que :
P2 = ¾ r.
Positionnement de l’opérateur
Si l’opérateur se trouve dans l’écoulement dont il mesure la vitesse :
- Il doit veiller à sa propre position par rapport à l’appareil,
- Placé dans la même section ; il fait croître la vitesse de l’air,
- Placé immédiatement en aval aérage, il la réduit
Il doit se placer entre 1m et 1.50m en aval aérage de l’anémomètre :
- Dans ces conditions, il modifie peu la vitesse de l’air,
- Cette position permet également le maintient du plan du moulinet perpendiculaire à la direction du courant d’air
Si la mesure est effectuée à deux opérateurs :
Celui des deux qui ne tient pas le moulinet doit se placer aussi loin que possible en aval aérage du point de mesure et contre le parement.
L’analyse
ANÉMOMÈTRES
Les vitesses d’air sont mesurées à l’aide d’appareils électroniques appelés anémomètres.
On retrouve principalement 2 types d’anémomètres : à moulinet ou à fil nu
Ces appareils peuvent êtres accompagnés d’un logiciel de traitement permettant d’exporter les mesures sur un ordinateur.
- Anémomètre à moulinet
- Appareils électroniques sensibles.
- Mesure possible entre 7 et 40 m/s à une température inférieure ou égale à 60°C, donnant une lecture directe ou moyenne si l’appareil est doté de cette fonction.
- Ces appareils sont fragiles et méritent un entretien régulier pour ne pas encrasser le moulinet, déformer les pales et ainsi perturber la mesure.
Il existe différents diamètres de moulinet :
- Anémomètre à fil nu
- Appareils électroniques très sensibles.
- Mesure possible en dessous de 7 m/s à une température inférieure ou égale à 70°C, donnant une lecture directe ou moyenne si l’appareil est doté de cette fonction.
- Ces appareils sont très fragiles et méritent une attention particulière au fil nu à l’extrémité du manche.
Étalonnage
Quel que soit le type d’anémomètre, il est nécessaire de l’étalonner périodiquement, en effet, l’usure, l’empoussiérage, les chocs modifient la courbe de réponse.
Il faut prévoir un étalonnage annuel et un étalonnage à la suite de toute avarie.
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