Purgeurs et orifices - Partie 2
Qu'est-ce qu'un numéro d'orifice?
La discussion relative aux orifices dans la section Purgeurs et orifices - Partie 1 s'est focalisée sur la raison pour laquelle le diamètre d'un orifice de purgeur (siège de soupape) est beaucoup plus petit que le diamètre de la conduite qui y est raccordée. Dans cette deuxième partie, nous parlerons de la signification du numéro d'orifice d'un purgeur.
A première vue, il peut sembler illogique que plus un numéro d'orifice est grand, plus le diamètre de l'orifice est petit. Cette drôle d'impression est compréhensible. En examinant de près le pourquoi de cet état de fait, le raisonnement est justifié.
Le numéro d'orifice indique la pression différentielle maximale (en bar) à laquelle le purgeur de vapeur expulse le condensât. Par exemple, un orifice No. 10 correspond à une pression différentielle maximale de 10 bar (10 kg/cm² ou 150 psi). Plus ce chiffre est élevé, plus la pression à laquelle l'orifice peut être utilisé pour expulser du condensât sera élevée aussi. Pour obtenir une pression différentielle de fonctionnement plus grande, une ouverture plus petite est requise. Toutefois, un orifice plus petit engendre un débit moindre pour une pression différentielle de fonctionnement donnée.
Forces qui agissent pour ouvrir et fermer la soupape
Si l'on songe à la taille d'un orifice, il faut tenir compte de deux forces agissant à l'intérieur d'un purgeur à flotteur fermé libre: la force qui ouvre la soupape et la force qui ferme la soupape.
Le mécanisme qui fait fonctionner le purgeur à flotteur fermé libre est la flottabilité. La flottabilité fait s'élever le flotteur qui, dans ce cas, joue le rôle de soupape. Une fois que le flotteur s'est détaché du siège de soupape, la soupape est en position ouverte. Autrement dit, la force de la flottabilité est la force qui fait ouvrir la soupape. Si l'on part du principe que le poids spécifique du condensât est constant, alors la flottabilité du flotteur est déterminée par le volume de la partie submergée du flotteur. La force de la flottabilité est dès lors la plus grande lorsque le flotteur est complètement submergé. Etant donné que le même flotteur est utilisé, il n'est pas possible d'obtenir une force plus grande pour ouvrir la soupape.
A contrario, la force qui ferme la soupape est une force créée par le diamètre de l'orifice et la différence entre les pressions avant et après l'orifice. Un exemple connu de tous pour illustrer ceci est lorsque l'eau s'écoule d'une baignoire équipée d'un bouchon en caoutchouc. Si le bouchon se rapproche trop de l'orifice de vidange alors que l'eau s'écoule, le bouchon est parfois aspiré vers l'orifice et le bouche, empêchant le flux d'eau. Une force similaire intervient à l'intérieur d'un purgeur à flotteur fermé libre. La force est égale à la pression x la surface. Si le diamètre de l'orifice est constant, la force agissant pour fermer la soupape sera d'autant plus grande que la différence de pression avant et après l'orifice (pression différentielle) est importante. Inversement, si la pression différentielle est fixe, la force agissant pour fermer la soupape sera d'autant plus grande que le diamètre de l'orifice est important.
Sélection du numéro d'orifice
Alors que la force maximale agissant pour ouvrir la soupape est déterminée par la taille du flotteur, l'importance de la force agissant pour fermer la soupape dépend de la pression de fonctionnement. La purge de vapeur ne peut fonctionner si la soupape demeure en position fermée. Il est donc nécessaire de surmonter cette contrainte imposée par la pression de fonctionnement. C'est pourquoi il existe différents numéros d'orifices, chacun correspondant à des pressions de fonctionnement maximales différentes.
Relation entre débit, pression et numéro d'orifice pour le même flotteur/purgeur
Pour accroître le débit
Accroître le diamètre de l'orifice (numéro d'orifice plus petit)
=> Réduire la pression de fonctionnement maximale = numéro d'orifice plus petit
Pour accroître la pression de fonctionnement maximale
Réduire le diamètre de l'orifice (numéro d'orifice plus grand)
=> Réduire le débit = numéro d'orifice plus grand
L'on voit ainsi que, même avec un modèle de purgeur identique, des sélections doivent être opérées entre la pression différentielle de fonctionnement maximale et le débit. Le fait de réduire la pression de fonctionnement maximale permet d'obtenir un plus grand débit pour une pression différentielle donnée, alors que le fait de réduire le débit maximal génère une pression de fonctionnement maximale plus élevée.
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