Méthode de référence : mesure des rejets de particules de sources fixes : méthode F


Méthode F : Étalonnage du tube de Pitot de type S, du compteur de gaz de type sec et du débitmètre à diaphragme

6.1 Tube de Pitot de type S

6.1.1 Principe

Le tube de Pitot de type S est étalonné, seul ou monté dans l'assemblage de la sonde, dans un tunnel aérodynamique, par référence à un tube de Pitot dont le coefficient est connu. Il doit être utilisé ensuite exactement dans la même configuration. Il est superflu de l'étalonner de nouveau avant chaque utilisation sur le terrain, sauf dans les cas suivants :

  • lorsqu'il s'agit d'un essai de conformité;
  • lorsque des accrétions tenaces de particules ont réduit la surface des prises de pression du tube;
  • lorsque le tube a été endommagé ou qu'il a subi des modifications.

Dans tous les cas, les données d'étalonnage doivent être consignées, datées et signées par la personne responsable de l'étalonnage. Pour les essais de conformité, toutes les données d'étalonnage doivent être soumises à Environnement Canada, pour examen et approbation, avant le début des essais.

6.1.2 Appareillage

Les appareils suivants sont nécessaires :

Tube de Pitot ordinaire
Tube de Pitot ordinaire servant d'étalon pour le tube de type S. Le coefficient du tube de Pitot ordinaire doit se situer entre 0,98 et 1,0. Les prises de pression dynamique et de pression statique devraient être exemptes de toute saleté. Il est recommandé de ne pas utiliser les tubes de Pitot ordinaires destinés à servir d'étalons dans des courants gazeux chargés d'impuretés.

Tube de Pitot de type S
Aussi appelé tube de Pitot de type Stausscheibe ou inversé. Ce tube peut être utilisé seul, muni d'un indicateur de température ou monté sur une sonde.

Manomètres différentiels
Deux manomètres différentiels, tels que des manomètres à tube incliné, pouvant mesurer la pression avec une précision de 0,1 mm (0,005 po) d'eau entre 0 et 25 mm (0 et 1,0 po) d'eau, et avec une précision de 1 mm (0,05 po) d'eau entre 25 et 250 mm (1 et 10 po) d'eau. On peut utiliser des instruments équivalents tels que des micromanomètres, sous réserve qu'ils soient étalonnés au préalable par référence à un étalon primaire de pression.

Tunnel aérodynamique
Courant gazeux confiné dans un conduit de section constante, circulaire ou rectangulaire, dont la superficie minimale est de 5 600 cm 2 (864 po 2). La soufflerie doit être capable de produire des vitesses diverses, de 3 m/s à au moins 20 m/s (10 à 60 pi/s), qui demeurent constantes dans le temps de façon à assurer la régularité du débit durant l'étalonnage. L'emplacement choisi pour l'essai doit se situer à une distance égale à au moins huit fois le diamètre du conduit, en aval, et à au moins deux fois ce diamètre, en amont, par rapport à toute perturbation de l'écoulement.

Si ce critère n'est pas respecté, l'installation est quand même acceptable lorsqu'on peut prouver que l'écoulement est stable et parallèle à l'axe longitudinal du conduit. La section d'essai du tunnel aérodynamique doit comporter deux orifices d'essai, un pour le tube de Pitot ordinaire et un pour le tube de type S. II est recommandé de la construire avec un matériau transparent, pour faciliter la mise en place et l'alignement des assemblages de sondes et des tubes de Pitot.

6.1.3 Mode opératoire

Choisir l'emplacement des deux points d'étalonnage, qui devraient se trouver près du centre du tunnel, séparés par au moins deux fois le diamètre de celui-ci. Avant d'étalonner le tube de Pitot de type S (monté ou non), s'assurer que la pression dynamique est la même aux deux points d'étalonnage, en la mesurant simultanément au moyen de deux tubes de Pitot ordinaires, ou successivement avec un seul tube. Placer dans les orifices d'étalonnage le tube de Pitot ordinaire (de référence) dont le coefficient est connu et le tube de Pitot de type S, ce dernier en aval du premier. S'assurer que les deux tubes de Pitot font face au courant gazeux et que les deux orifices d'essai sont parfaitement étanches. Raccorder les manomètres aux tubes de Pitot en s'assurant qu'ils sont remplis de fluide de densité appropriée. Inspecter toutes les canalisations des tubes et en vérifier l'étanchéité; mettre les manomètres de niveau et les régler à zéro.

Prendre note de la température ambiante et de la pression barométrique. Mettre la soufflerie en marche et attendre que l'écoulement se stabilise. Consigner, sur la fiche de données Étalonnage du tube de Pitot (figure F-1), les mesures de la pression dynamique indiquées par le tube de Pitot ordinaire (Δpord) et par le tube de Pitot de type S (Δp) pour au moins cinq vitesses différentes réparties sur la gamme de vitesses prévue pour les essais sur le terrain.

Figure F-1: Étalonnage du tube de Pitot - Fiche de données

Étalonnage du tube de Pitot - Fiche de données

Lorsqu'un tube de Pitot de type S est étalonné seul, muni ou non d'un thermocouple, ses deux branches doivent être marquées (p. ex., "A" et "B"). Il n'est pas nécessaire d'étalonner chacune des deux branches comme prise de pression dynamique (face au courant gazeux), mais le tube doit être utilisé sur le terrain comme il a été étalonné dans le tunnel, la même branche servant de prise de pression dynamique. Pour les assemblages de sondes (tube de Pitot, thermocouple et buse), il est recommandé d'employer pour l'étalonnage la buse que l'on prévoit d'utiliser sur le terrain.

La section du tunnel aérodynamique doit être suffisamment grande par rapport à la surface projetée de la sonde dans le tunnel. Pour que les coefficients déterminés soient sûrs, cette surface (cf. figure F-2) doit représenter au plus 2 % de la section du conduit. Si elle dépasse ce pourcentage, on peut réduire la zone d'obstruction en sortant la sonde de quelques centimètres ou en utilisant un tunnel de section plus grande.

Figure F-2: Modèles de projections de sondes types

Modèles de projections de sondes types

6.1.4 Calculs

Calculer le coefficient du tube de Pitot pour chaque réglage du tunnel aérodynamique, au moyen de l'équation F-1. Le coefficient définitif correspond à la moyenne des coefficients de chaque réglage.

Equation F-1
Équation pour le coefficient du tube de Pitot

Calculer la différence absolue entre le coefficient moyen et celui obtenu à chacun des réglages de tunnel aérodynamique. La moyenne de ces différences ne doit pas dépasser 0,01.

6.1.5 Nomenclature

ct
Coefficient du tube de Pitot de type S (monté ou non monté), sans dimension

ctord
Coefficient du tube de Pitot ordinaire, sans dimension (s'il est inconnu, utiliser 0,99)

Δp
Pression dynamique mesurée par le tube de Pitot de type S, en kPa

Δpord
Pression dynamique mesurée par le tube de Pitot ordinaire, en kPa

6.2 Compteur de gaz de type sec et débitmètre à diaphragme

6.2.1 Principe

Le compteur de gaz de type sec et le débitmètre à diaphragme de la ligne de prélèvement des particules doivent être étalonnés par référence à un étalon primaire avant chaque tournée d'échantillonnage pour des essais de conformité. Le mode opératoire qui suit est fondé sur l'emploi d'un compteur d'essai de type humide étalonné par référence à un étalon primaire.

6.2.2 Appareillage

Il faut utiliser un compteur d'essai de type humide ou un instrument équivalent pouvant mesurer le volume avec une précision de 1 % à un débit voisin de celui auquel le compteur de gaz de type sec sera utilisé (p. ex., 30 L (1 pi3) par tour).

6.2.3 Mode opératoire

Avant d'étalonner le compteur de gaz de type sec et le débitmètre à diaphragme, il faut vérifier l'étanchéité des côtés d'aspiration et de refoulement du poste d'échantillonnage. Le mode opératoire qui suit est recommandé pour contrôler l'étanchéité de la section de la ligne de prélèvement située entre la pompe et le débitmètre à diaphragme (cf. figure F-3).

Figure F-3: Contrôle d'étanchéité de la boîte du compteur

Contrôle d'étanchéité de la boîte du compteur

Fermer le robinet d'arrêt principal de la boîte du compteur. Raccorder un tube souple au tuyau de refoulement du débitmètre à diaphragme. Débrancher le côté basse pression du manomètre du débitmètre à diaphragme et obturer la prise inférieure du débitmètre. Amener le système à une pression de 13 à 18 cm (5 à 7 po) d'eau en soufflant dans le tube souple. Pincer celui-ci et observer l'indication du manomètre durant 1 min. Une perte de pression indique qu'il y a une fuite entre la pompe et le débitmètre à diaphragme. Réparer la fuite avant de procéder à l'étalonnage.

Vérifier l'étanchéité du côté d'aspiration de la pompe de la manière suivante. Obturer la canalisation d'aspiration (de prélèvement) en direction du poste d'échantillonnage et ouvrir le robinet de réglage grossier. Mettre la pompe en marche et régler le robinet de réglage fin (de dérivation) de façon à obtenir une dépression de 380 mm (15 po) de mercure. Observer l'aiguille du compteur de gaz type sec : elle ne devrait pas bouger sous l'effet de cette purge initiale de la ligne. Il faut réparer toute fuite avant d'entreprendre l'étalonnage.

Relier les éléments comme le représente la figure F-4. Les mettre tous de niveau, régler à zéro tous les manomètres et inspecter toutes les canalisations pour en vérifier l'étanchéité. Pour permettre à la pompe de se réchauffer et à toutes les surfaces internes du compteur d'essai de devenir humides, régler le manomètre du débitmètre à diaphragme à 13 mm (0,5 po) d'eau et laisser fonctionner le matériel durant au moins 15 min. Effectuer les essais en aspirant le volume d'air voulu dans le compteur d'essai de type humide pour chaque réglage du manomètre du débitmètre à diaphragme. Consigner sur la fiche de données pertinente (Figure F-5) les volumes indiqués par le compteur de gaz de type sec, les durées, les températures et les indications manométriques.

Figure F-4: Montage pour l'étalonnage du compteur de gaz de type sec et du débitmètre à diaphragme

Montage pour l'étalonnage du compteur de gaz de type sec et du débitmètre à diaphragme

Figure F-5: Étalonnage du compteur de gaz de type sec et du débitmètre à diaphragme - Fiche de données

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Étalonnage du compteur de gaz de type sec et du débitmètre à diaphragme - Fiche de données

6.2.4 Calculs

Facteur de correction du compteur de gaz de type sec (γ)

Calculer ce facteur, pour chaque réglage du débitmètre à diaphragme, à l'aide de l'équation F-2 :

Equation F-2
Équation du facteur de correction du compteur de gaz de type sec

Si la valeur moyenne de γ ne tombe pas dans l'intervalle de 0,95 à 1,05, on doit procéder à un réglage interne du compteur de gaz de type sec et reprendre l'étalonnage. La tolérance pour les valeurs individuelles de γ par rapport à la moyenne est de ± 1,5 %; si les mesures ne la respectent pas, on doit reprendre l'étalonnage.

Coefficient du débitmètre à diaphragme (cd)

On peut calculer le débit dans le débitmètre à diaphragme, pour chacun de ses réglages, à l'aide de l'équation F-3 :

Equation F-3
Équation du débit dans le débitmètre à diaphragme

Le débit peut aussi être exprimé sous la forme du débit dans le compteur d'essai de type humide, au moyen de l'équation F-4 :

Equation F-4
Équation du débit dans le débitmètre à diaphragme sous forme du débit dans le compteur d'essai de type humide

Pour obtenir le coefficient du débitmètre à diaphragme (cd), on fait la moyenne des valeurs calculées pour chaque réglage du diaphragme en résolvant l'égalité des équations F-3 et F-4 par rapport à cd.

6.2.5 Nomenclature

cd
Coefficient du débitmètre à diaphragme, (m 3/min)[(kg/kmol)/K] ½

Δh
Chute de pression au débitmètre à diaphragme, en kPa

Mas
Masse moléculaire de l'air saturé, en kg/kmol
M as = 28,95 (1 - φ H2O) + 18 φ H2O

Δm
Indication du manomètre du compteur d'essai de type humide, en kPa

pbar
Pression barométrique, en kPa

qd
Débit dans le débitmètre à diaphragme, en m 3/min

Tc
Température moyenne du compteur de gaz de type sec (moyenne arithmétique de T e et T s), en K

Te
Température à l'entrée du compteur de gaz type sec, en K

Th
Température du compteur de gaz de type humide, en K

Ts
Température à la sortie du compteur de gaz type sec, en K

t
Durée, en min

Vc
Volume réel aspiré dans le compteur de gaz de type sec, en m 3

Vh
Volume réel aspiré dans le compteur de gaz de type humide, en m 3

γ
Facteur de correction du compteur de gaz type sec, sans dimension

φH2O
Fraction volumique de la vapeur d'eau (saturée) passant dans le compteur d'essai de type humide, calculée à partir de données sur la pression partielle publiées dans des guides techniques, sans dimension

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