Rheonics Densimètre de processus pour la durabilité du carburant de transport – Projet SAFEST par EMPIR EURAMET et le groupe de thermodynamique de l'Imperial College de Londres

27 août 2024
Pedro Pacherrez
Rapports de publication

Rheonics des capteurs de densité et de viscosité en ligne ont été utilisés dans le projet EMPIR EURAMET Safest [1] et a donné des mesures précises de viscosité et de densité sur des fluides de test imitant les carburants en laboratoire [2]. Le besoin de une métrologie améliorée des flux dans les conduites de carburant est essentielle pour la durabilité dans le secteur du transport routier et maritime. Le projet Safest visait à comparer les capteurs commerciaux pour la mesure en ligne de la densité et de la viscosité. Rheonics il a été constaté que les capteurs donnaient des mesures fiables et précises de la viscosité et de la densité [3].

Analyse des résultats des capteurs

Trois universités ont contribué aux résultats, chacune d'une marque unique, pour les appareils de mesure de densité et de viscosité en ligne. Leurs dispositifs et méthodes expérimentaux sont très variés et peuvent être retrouvés intégralement dans les livrables du projet EMPIR EURAMET Safest (D7) [3].

Les conclusions des résultats des capteurs commerciaux sont comparées dans le rapport à un niveau superficiel en raison des protocoles variés. Toutefois, les trois marques testées ont été considérées individuellement comme donnant des mesures de densité acceptables. Les marques testées couvrent les principaux types de densimètres du marché:

Résonateur de torsion équilibré (BTR)
Tube vibrant (VT)
Diapason (TF)
Coriolis mètre (CM)

Type	Fabricants	Modèle	quantités
BTR	Rheonics	SRV	Viscosité
BTR	Rheonics	SRD	Densité et viscosité
VT	Anton Parar	L-Dens 3300	Densité
VT	Anton Parar	L-Dens 7400	Densité
CM avec VT	Emerson	CMFS050M	Densité et flux
TF	Emerson	Extension FVM	Densité et viscosité

Les principales conclusions de l'étude sont rapportées dans cet article, concernant les densimètres et viscosimètres en ligne disponibles sur le marché.

L'Imperial College expérimente les tests Rheonics capteur

Capteurs de densité et de viscosité de processus basés sur un résonateur de torsion équilibré, SRD, de Rheonics sont testés avec un bain thermostatique contenant la chambre du capteur en ligne tandis que le débit du fluide de test est contrôlé avec un pousse-seringue ISCO. Les expériences ont été réalisées à 15, 35, 55 et 75 °C, 1 à 100 bars et 0 à 45 ml/min. Un débit continu est maintenu et le système est équilibré pendant 15 minutes avant les mesures. Malgré cela, la chambre n'atteint jamais la température de consigne du bain. Les viscosités de sortie du SRD sont considérées comme fiables et précises. Des ajustements de correction sont appliqués, puis les données correspondent aux données de référence produites à partir des équations de Tait-Andrade (annexe de [3]). Ces ajustements de correction deviennent nécessaires en raison de l’inhomogénéité de température observée dans le système malgré l’atteinte d’un équilibre. L'écart de température le long de la longueur du capteur signifie que la viscosité dans la chambre n'est pas égale partout. Le même écart existe pour la densité mais le Les mesures de densité SRD sont considérées comme précises et fiables sans corrections ici. Des corrections polynomiales peuvent cependant être appliquées ici pour correspondre plus parfaitement aux données de référence. L'inhomogénéité de la température dans le système peut également provoquer des écarts dans les mesures de densité lorsque les extrémités opposées du capteur ne sont pas en équilibre thermique. Une sonde plus longue pourrait être utilisée pour garantir que le résonateur interne est complètement immergé dans un environnement de température uniforme.

Rheonics Le viscosimètre de procédé SRV est également évalué et s'avère donner des mesures acceptables de viscosité et de température en ligne.

Installation expérimentale de l'Imperial College pour tester le SRV et le SRD avec deux substituts diesel : le dodécanoate de méthyle et le tétradécanoate d'éthyle [3],[4]

L'Université de technologie de Chemnitz teste les capteurs Anton Paar

Des tests de densimètres à tube vibrant ont été réalisés avec Anton Paar L-Dens 3300 et 7400 à l'Université de Technologie de Chemnitz à 15, 25 et 35 °C, 1 à 10 bars et 0 à 15 ml/min. Celles-ci ont également été réalisées à petite échelle en laboratoire. A des pressions inférieures à 2 bars, la mesure devenait impossible car l'oscillation du tube vibrant devenait instable à faible débit. De faibles débits et des mesures statiques ont été utilisés malgré les spécifications de l'appareil en raison des volumes d'échantillon limités. Les spécifications de l'appareil indiquaient que ces faibles débits entraîneraient un échauffement de l'échantillon à l'intérieur des tubes et cet effet a été observé (+3 °C). Néanmoins, les deux capteurs ont été considérés comme fournissant des mesures de densité précises avec L-Dens 7400 surpassant légèrement le L-Dens 3300 mais le les expérimentateurs notent la nécessité de maintenir réellement des conditions de processus dynamiques pour une précision optimale.

Installation expérimentale de l'Université de technologie de Chemnitz pour tester Anton Paar L-Dens 3300 et L-Dens 7400 avec quatre substituts diesel : dodécanoate de méthyle, tétradécanoate d'éthyle, 2,4,6,8-tétraoxanonane et 2,4,6,8,10, XNUMX-Pentaoxaundécane [3],[4]

Expériences de l'Instituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) testant les capteurs Emerson

Deux capteurs de densité et de viscosité d'Emerson (Micro Motion ELITE CMFS050M et Micro Motion Fork Viscosity/Density Meters (FVM)) ont été testés à plus grande échelle. que le Rheonics et les capteurs Anton Paar dans les sections ci-dessus. Plus précisément, les appareils Emerson ont été testés entre 20 et 40 °C, entre 2 et 8 bars et entre 5 et 50 L/min. Différents fluides ont été testés dans différentes configurations, ce qui limite la comparabilité.

Montage expérimental INRIM pour les tests de débit d'eau (image à gauche) et pour les tests de débit d'huile (image à droite) [3]

Pour le densimètre Emerson, la pression et le débit n’affectaient pas la précision de la mesure, mais l’augmentation de la température augmentait l’erreur de mesure. L'application de corrections de température a permis aux données de densité d'être suffisamment précises, mais ces corrections devaient être définies pour chaque fluide et chaque configuration. Pour le CFMS050M, des facteurs de correction ont été ajoutés pour la température et la pression afin d'obtenir des données précises de densité et de viscosité.

En fin de compte, le verdict sur ces appareils était laissé au lecteur, mais les corrections tenant compte de la pression et de la température étaient essentielles à l'exactitude des données.

Conclusion

Tous les types de capteurs testés sur le marché peuvent être utilisés pour obtenir des mesures de densité, mais sont soumis à des facteurs de correction lorsqu'ils sont utilisés en dehors des limites du fabricant. Un fonctionnement en dehors des limites ou avec des débits inhomogènes n'est pas recommandé, mais les résultats de ce rapport montrent que les capteurs disponibles dans le commerce continuent de fournir des données raisonnablement précises malgré les imperfections du système. Rheonics et Anton Paar ont été testés à de faibles débits dans de faibles volumes, tandis que les capteurs Emerson ont été étudiés à des débits et des volumes supérieurs de quelques ordres de grandeur. Une meilleure comparabilité entre les performances des capteurs serait possible si les trois étaient testés sur une gamme plus large de débits et de volumes de système. Cependant, pour les différentes échelles étudiées dans le projet, ces études prouvent qu'il existe sur le marché des capteurs disponibles pour la métrologie des carburants à toutes les échelles, de la voiture au navire.

Rheonics examen et recommandations

Atteindre l’équilibre thermique avec la variété de capteurs testés est un aspect essentiel de la configuration des capteurs de fluide. Pour Rheonics En particulier pour les capteurs, les détails suivants du système peuvent être pris en compte :

Bien que de faibles débits aient été utilisés pour le Rheonics capteurs ici, le Rheonics SRV et SRD sont également capables de mesurer dans des environnements de débit allant jusqu'à 10 m/s, ce qui correspond à 1300 340 L/min (5000 gal/min) et 1320 2 L/min (4 40 gal/min) en XNUMX" et XNUMX" Schedule XNUMX. tuyaux en acier, respectivement. Cette gamme fait Rheonics capteurs adaptés à tous les débits étudiés pour la durabilité des carburants dans le projet EMPIR EURAMET Safest [1].
Une sonde d'insertion plus longue peut être utilisée pour contrecarrer le déséquilibre thermique le long de la sonde du résonateur, comme on le voit avec le SRD. [5] .
Même dans des conditions imparfaites, Rheonics SRV et SRD sont des viscosimètres et densimètres en ligne fiables et précis pour une large gamme de débits et d'applications.