{"id":75938,"date":"2022-03-23T16:39:44","date_gmt":"2022-03-23T16:39:44","guid":{"rendered":"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/blog\/lhydrometre\/"},"modified":"2023-10-16T15:46:47","modified_gmt":"2023-10-16T15:46:47","slug":"lhydrometre","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/fr\/blog\/lhydrometre\/","title":{"rendered":"L’hydrom\u00e8tre"},"content":{"rendered":"\n

Vue de l’int\u00e9rieur d’un r\u00e9acteur \u00e0 eau potable<\/h3>\n\n

Aux Pays-Bas, plus de 400 millions de m\u00b3 (100 milliards de gallons) d’eau sont adoucis chaque ann\u00e9e dans les usines de traitement de l’eau potable. L’adoucissement est un processus physique et chimique complexe dans les r\u00e9acteurs \u00e0 lit fluidis\u00e9. Dans un lit fluidis\u00e9, des particules d’environ 1 mm sont soulev\u00e9es par un courant d’eau ascendant, ce qui cr\u00e9e une grande surface. Le maintien des conditions optimales du processus n\u00e9cessite des informations en temps r\u00e9el sur l’\u00e9tat du lit fluidis\u00e9. Jusqu’\u00e0 r\u00e9cemment, il \u00e9tait impossible de comprendre pleinement la dynamique des lits fluidis\u00e9s depuis l’ext\u00e9rieur du r\u00e9acteur. Waternet<\/a>, la soci\u00e9t\u00e9 de distribution d’eau d’Amsterdam et de ses environs, a cherch\u00e9 \u00e0 d\u00e9velopper un capteur souple innovant (1) – l’hydrom\u00e8tre – capable de surveiller en permanence l’\u00e9tat du lit fluidis\u00e9 \u00e0 l’int\u00e9rieur du r\u00e9acteur. Cette recherche est le fruit d’une collaboration avec l’ Universit\u00e9 des sciences appliqu\u00e9es d’Utrecht<\/a>, l’Universit\u00e9 Queen Mary de Londres<\/a>, l’Universit\u00e9 technique de Delft<\/a>, Bienfait<\/a> et Gantner Instruments<\/a>.<\/p>\n\n

Optimiser le processus d’adoucissement de l’eau<\/h3>\n\n

Le processus d’adoucissement se d\u00e9roule dans des r\u00e9acteurs \u00e0 lit fluidis\u00e9, partiellement remplis de mat\u00e9riaux de d\u00e9part tels que du sable, du grenat et des granul\u00e9s de calcite. L’eau est pomp\u00e9e vers le haut, ce qui maintient le lit de granul\u00e9s dans un \u00e9tat fluidis\u00e9. La soude caustique est ajout\u00e9e comme r\u00e9actif pour la cristallisation du carbonate de calcium \u00e0 la surface des pastilles de calcite. La cristallisation entra\u00eene la croissance des granul\u00e9s et leur descente vers le fond du r\u00e9acteur. Des granul\u00e9s plus grands r\u00e9duisent la surface disponible, ce qui affecte n\u00e9gativement l’efficacit\u00e9 de la cristallisation. Le maintien des conditions optimales du processus n\u00e9cessite des informations en temps r\u00e9el sur l’\u00e9tat de fluidit\u00e9 du lit de granul\u00e9s afin de d\u00e9terminer la quantit\u00e9 de soude caustique n\u00e9cessaire pour un processus de cristallisation optimal. Ces informations en temps r\u00e9el permettent \u00e9galement d’\u00e9viter les surdosages de soude caustique, ce qui pr\u00e9vient les effets n\u00e9gatifs sur la qualit\u00e9 de l’eau, la durabilit\u00e9 du processus et les co\u00fbts. Le capteur souple Hydrometer vise \u00e0 obtenir des informations longitudinales dans un r\u00e9acteur \u00e0 lit fluidis\u00e9 et \u00e0 d\u00e9terminer ensuite le profil longitudinal des vides (2) et du diam\u00e8tre des particules \u00e0 l’aide d’un mod\u00e8le empirique.<\/p>\n\n

Preuve de concept de l’hydrom\u00e8tre<\/h3>\n\n

Le capteur souple Hydrometer est bas\u00e9 sur la m\u00e9thode de pes\u00e9e sous-marine, \u00e9galement connue sous le nom de principe d’Archim\u00e8de<\/em>. Archim\u00e8de a d\u00e9couvert que la force de flottaison vers le haut d’un corps immerg\u00e9 \u00e9tait \u00e9gale \u00e0 la masse du liquide d\u00e9plac\u00e9. Le volume d\u00e9plac\u00e9 est \u00e9gal au volume du corps immerg\u00e9 dans le liquide. L’hydrom\u00e8tre est con\u00e7u pour laisser un objet flottant immerg\u00e9 pendre \u00e0 diff\u00e9rentes hauteurs dans un lit fluidis\u00e9 de granul\u00e9s de calcite et mesurer la force de flottabilit\u00e9 \u00e0 ces positions.<\/p>\n

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\"Aperçu
Aper\u00e7u conceptuel du capteur souple Hydrometer<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n

Pour d\u00e9montrer la faisabilit\u00e9 de l’hydrom\u00e8tre, Waternet et l’Universit\u00e9 des sciences appliqu\u00e9es d’Utrecht ont con\u00e7u un dispositif d’essai exp\u00e9rimental utilisant un cylindre transparent rempli de billes de verre et de granul\u00e9s de calcite pour simuler le r\u00e9acteur d’adoucissement. Un capteur \u00e0 poulie intelligente con\u00e7u par Bienfait est mont\u00e9 au-dessus du cylindre pour d\u00e9placer un objet flottant contr\u00f4l\u00e9 par un moteur pas \u00e0 pas verticalement \u00e0 travers le lit fluidis\u00e9. Un capteur \u00e0 poulie (P100\/3W, Gicam) et un codeur rotatif incr\u00e9mental (Rotapulse I28, Lika Electronics) mesurent le poids et la position de l’objet flottant \u00e0 l’int\u00e9rieur du cylindre. Le moteur pas \u00e0 pas, le codeur et la cellule de charge sont connect\u00e9s \u00e0 un syst\u00e8me d’acquisition de donn\u00e9es et de contr\u00f4le Q.series compos\u00e9 d’un contr\u00f4leur Q.monixx<\/a> et d’un module d’entr\u00e9e num\u00e9rique Q.bloxx D101<\/a>.<\/p>\n

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\"Capteur
Capteur de poulie intelligent<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n
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Le capteur \u00e0 poulie intelligente comprend quatre composants pour d\u00e9placer l’objet vers le haut et vers le bas du cylindre et mesurer son poids et sa position. L’objet flottant est attach\u00e9 \u00e0 une fine ligne de p\u00eache tress\u00e9e. La ligne est tendue sur la premi\u00e8re poulie \u00e9quip\u00e9e d’un encodeur rotatif qui transmet au module de mesure Q.bloxx D101 le nombre de pas \u00e0 partir d’un point z\u00e9ro d\u00e9fini. La ligne tress\u00e9e passe sous la deuxi\u00e8me poulie \u00e9quip\u00e9e d’une cellule de charge qui mesure la tension. Cette d\u00e9formation mesur\u00e9e est en corr\u00e9lation lin\u00e9aire avec la masse de l’objet flottant. La ligne tress\u00e9e est enfil\u00e9e sur la troisi\u00e8me poulie pour la soutenir. Il est reli\u00e9 au moteur pas \u00e0 pas, qui fait monter et descendre l’objet flottant dans le cylindre.<\/p>\n\n\n\n

La configuration du syst\u00e8me d’essai et l’enregistrement des donn\u00e9es sont effectu\u00e9s \u00e0 l’aide du logiciel d’acquisition de donn\u00e9es GI.bench. Le Q.monixx transmet en continu les donn\u00e9es au logiciel GI.bench fonctionnant sur un PC. Gr\u00e2ce \u00e0 la fonction de mise \u00e0 l’\u00e9chelle des capteurs de GI.bench, les donn\u00e9es mesur\u00e9es par le codeur et le capteur de force sont converties du nombre de pas [#] \u00e0 la position [m] et de la d\u00e9formation [V] \u00e0 la masse [kg]. Les tableaux de bord en ligne permettent aux op\u00e9rateurs de surveiller le test en temps r\u00e9el et les enregistreurs de donn\u00e9es configurables par l’utilisateur enregistrent les donn\u00e9es de mesure dans un fichier \u00e0 la fr\u00e9quence d’\u00e9chantillonnage optimale.<\/p>\n<\/div>

\"Armoire<\/figure><\/div>\n\n
\"\"<\/figure>
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Les ing\u00e9nieurs de Waternet ont d\u00e9velopp\u00e9 une routine test.con pour automatiser le test et garantir des r\u00e9sultats reproductibles et comparables. La routine d\u00e9place l’objet flottant par \u00e9tapes pr\u00e9d\u00e9finies \u00e0 diff\u00e9rentes hauteurs dans le cylindre pour la mesure. test.con est le langage de programmation visuel gratuit de Gantner qui permet aux ing\u00e9nieurs de cr\u00e9er des applications personnalis\u00e9es pour l’automatisation et l’analyse des essais. Pour la configuration exp\u00e9rimentale de l’hydrom\u00e8tre, Waternet a r\u00e9alis\u00e9 20 mesures par essai en 30 minutes environ. <\/p>\n<\/div><\/div>\n\n

Connaissances acquises<\/h3>\n\n

Le nouveau capteur Hydrometer soft s’est av\u00e9r\u00e9 \u00eatre une m\u00e9thode plus efficace pour obtenir l’\u00e9tat hydraulique dans les r\u00e9acteurs \u00e0 lit fluidis\u00e9 \u00e0 grande \u00e9chelle. Les avantages d’un capteur longitudinal pour le contr\u00f4le quotidien du processus sont l’acc\u00e8s en temps r\u00e9el au comportement du lit de particules et une plus grande flexibilit\u00e9 en cas de changement du d\u00e9bit d’eau et des conditions du processus. <\/p>\n\n

\u00c0 la suite des essais de validation de l’hydrom\u00e8tre, le vide a pu \u00eatre estim\u00e9 avec une erreur de 5 % et la taille des particules avec une erreur d’environ 10 %, en combinaison avec un mod\u00e8le bas\u00e9 sur des donn\u00e9es. Pour am\u00e9liorer encore la pr\u00e9cision et la fiabilit\u00e9 de l’hydrom\u00e8tre, plusieurs aspects doivent \u00eatre d\u00e9velopp\u00e9s. Il s’agit notamment d’optimiser la pr\u00e9cision des mesures dans les r\u00e9gions inf\u00e9rieures du lit fluidis\u00e9, d’ajouter des capteurs de pression diff\u00e9rentielle pour am\u00e9liorer la validation du mod\u00e8le et d’appliquer la CFD (dynamique des fluides computationnelle) pour mieux mod\u00e9liser les interactions entre les particules, les fluides et les objets. <\/p>\n\n

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<\/p>\nProgramming a test.con routine in the Q.monixx has benefited the test results significantly.
Waternet<\/em><\/cite><\/blockquote>\n\n

Outre le nombre de points de donn\u00e9es, l’intervalle optimal entre les mesures pourrait \u00e9galement \u00eatre d\u00e9termin\u00e9, ce qui am\u00e9liorerait la dur\u00e9e des essais. Les processus de traitement de l’eau pourraient s’en trouver consid\u00e9rablement am\u00e9lior\u00e9s, notamment gr\u00e2ce \u00e0 des op\u00e9rations plus souples, \u00e0 une meilleure qualit\u00e9 de l’eau, \u00e0 une diminution des risques d’atteindre des \u00e9tats de fluidification ind\u00e9sirables et \u00e0 une moindre utilisation de produits chimiques. <\/p>\n\n

Vous souhaitez en savoir plus sur l’automatisation des tests et les nombreuses autres fonctionnalit\u00e9s offertes par test.con<\/a>?<\/p>\n\n

\"Prenez<\/a><\/span>