Les limiteurs de débit – simples dispositifs de limitation ou solutions de régulation?
Que fait un limiteur de débit exactement ? De par son nom, on pourrait penser qu’un limiteur de débit limite le débit. Mais ce n’est pas aussi simple, car strictement parlant, un limiteur de débit est aussi un régulateur de débit ; il maintient le débit à une valeur presque constante. Mais de quoi s’agit-il exactement ?
Dans cet article, nous ne nous intéressons pas aux vannes de régulation compliquées et à commande active, mais aux limiteurs de débit mécaniques de la vieille école.
La force motrice qui crée le débit dans une conduite est la différence de pression. Cela signifie qu’il doit y avoir une pression plus élevée d’un côté du tube que de l’autre. Le fluide s’écoule toujours de la haute pression vers la basse pression.
Tout d’abord : plus la différence de pression est élevée, plus le débit est élevé. Mais ce n’est qu’à moitié vrai, car si un écoulement laminaire existe à des vitesses de fluide modérées, les turbulences et la friction présentes dans le fluide augmentent à mesure que la vitesse augmente, ce qui dissipe, ou « brûle », plus d’énergie. À faible débit, il existe une relation linéaire entre la pression et le débit, mais ce n’est plus le cas à des vitesses élevées. L’évolution correspond alors à une fonction racine, c.-à-d. qu’une pression quatre fois plus élevée ne génère qu’un débit environ deux fois plus élevé.
Nos limiteurs de débit sont des tés de conduite dotés d’un insert de régulation mécanique, également appelé obturateur de régulation. Celui-ci peut être en métal, en plastique ou en caoutchouc. L’obturateur de régulation rétrécit la section libre de la conduite et laisse une section définie ouverte. Il produit une résistance à l’écoulement intentionnelle.
Comme décrit ci-dessus, il faut une différence de pression pour alimenter un flux. Cela signifie que la pression est plus élevée du côté de l’entrée du limiteur de débit que du côté de sortie. Cette pression excessive provoque une déformation élastique de l’insert de régulation, ce qui rétrécit encore la section d’écoulement et augmente la résistance à l’écoulement. Si la pression baisse, l’obturateur de régulation reprend sa forme et la résistance à l’écoulement diminue. Le débit peut ainsi être maintenu à un niveau presque constant, et ce, sans composantes électroniques compliquées. On règle la valeur de consigne en sélectionnant l’obturateur de régulation correspondant.
Cependant, il est vrai qu’un limiteur de débit génère une perte de charge. Une courbe de perte de charge typique est illustrée ici. L’axe horizontal représente la perte de charge, tandis que l’axe vertical représente le débit. La perte de charge montrée équivaut à la différence de pression qui entraîne l’écoulement.
Dans la partie inférieure, la perte de charge est faible. Le débit est inférieur à la valeur de consigne. Cela est dû au fait que la différence de pression n’est pas assez importante pour générer un débit suffisant. Il convient d’en tenir compte lors du choix du limiteur de débit approprié et lors de la conception d’une installation. Dans l’exemple illustré, la valeur de consigne pour le débit est de 20 l/min et la plage de pression de régulation est comprise entre 2 et 10 bars. Cela signifie que le limiteur de débit doit être soumis à une pression d’au moins 2 bars pour fonctionner de manière optimale.
Mais pourquoi limiter le débit ? Plus c’est forcément mieux, non ?
Eh bien non : il existe de nombreuses applications pour lesquelles un débit constant est avantageux, par ex. dans les circuits de refroidissement où il favorise une dissipation constante de la chaleur, dans les distributeurs d’eau où il favorise une distribution plus uniforme, dans les installations de dosage où il favorise un dosage plus fin, et bien plus encore.
Un débit élevé signifie une vitesse de fluide élevée. Et lorsque la vitesse du fluide devient trop importante, il y a de plus en plus de turbulences, ce qui génère des vibrations indésirables dans la conduite. Un limiteur de débit permet d’éviter cet effet.
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