Réalisation · Dynamique des fluides & comportement de phase
Caractériser un additif sensible au cisaillement sans dégrader l'échantillon : banc d'essai de perte de charge à faible cisaillement
Pour un acteur majeur de l'industrie des énergies, IRIAN Mecatronics a conçu et fabriqué un banc d'essai sur mesure pour quantifier l'efficacité d'agents réducteurs de traînée (DRA). L'équipement permet de mesurer la réduction de perte de charge en écoulement turbulent (jusqu'à 50 bar et 70°C) tout en préservant l'intégrité des additifs, dont la structure est très sensible au cisaillement mécanique.
En bref
- Client
- Un acteur majeur de l'industrie des énergies
- Domaine
- Oil & gas / dynamique des fluides
- Technique
- Mesure de perte de charge / Efficacité d'additifs
01 — La question de recherche
Comment mesurer l'effet d'un produit fragile sans que l'instrument ne fausse la mesure ?
De nombreux fluides et additifs, des polymères à longues chaînes aux suspensions biologiques, sont sensibles aux contraintes mécaniques. Caractériser leurs propriétés (viscosité, texture, efficacité) est un défi : l'instrument de mesure lui-même, avec ses pompes, ses vannes et ses coudes, peut cisailler et dégrader l'échantillon de façon irréversible, rendant le résultat inexploitable. La difficulté est de créer un environnement de test qui reproduit les conditions d'intérêt sans introduire les contraintes parasites qui détruisent l'échantillon. Notre client devait quantifier la performance d'agents réducteurs de traînée (DRA) pour optimiser le transport d'hydrocarbures en pipeline. Cela imposait de simuler un écoulement turbulent à nombre de Reynolds élevé.
Comment générer un écoulement turbulent à haut nombre de Reynolds, qui par nature implique un fort cisaillement dans la conduite, tout en préservant l'intégrité des molécules de DRA sensibles au cisaillement dans tout le reste du circuit, notamment lors de leur injection.
02 — Notre démarche
Notre démarche : préserver l'échantillon à chaque étape du circuit
Injecter l'additif sans l'altérer
Pour injecter des concentrations de quelques ppm d'un produit fragile dans une ligne en pression, nous avons conçu un système à déplacement positif. Son chemin fluidique élimine tous les points de cisaillement (restrictions, arêtes vives) typiques des pompes doseuses standards. L'additif est ainsi testé dans son état intègre, garantissant la fiabilité de la mesure.
Simuler un écoulement de pipeline en laboratoire
Afin de simuler une longue section de pipeline dans un volume compact, le banc utilise des tubes de test de 6 m enroulés en spires. Ces colonnes sont montées sur un support chauffant amovible et interchangeable. L'utilisateur peut ainsi explorer rapidement différentes conditions de vitesse et de cisaillement sur plusieurs diamètres, le tout dans un banc d'essai sur mesure compact et à température contrôlée.
Concevoir un circuit fluidique à passage intégral
Pour qu'aucune dégradation parasite ne vienne fausser la mesure, l'intégralité du circuit en contact avec le mélange est conçue avec des composants à passage intégral. En écartant les vannes et raccords standards qui créent des restrictions, on s'assure que la perte de charge mesurée est uniquement due à la friction dans la colonne, et non à des artéfacts.
Mesurer une très faible perte de charge avec précision
La performance du DRA est issue d'une faible différence de pression sous une pression statique élevée (50 bar). Nous avons employé un capteur de pression différentielle de haute résolution avec des prises d'impulsion courtes et directes. L'utilisateur obtient ainsi une donnée de haute fidélité, permettant une quantification fine et fiable de l'efficacité de l'additif.
03 — Caractéristiques techniques
| Pression de service maximale | 50 bar |
|---|---|
| Température de service maximale | 70°C |
| Plage de nombre de Reynolds visée | 5000 - 50000 |
| Débit d'injection du DRA | 0.002 à 2.5 cc/min |
| Diamètres des colonnes de test (Ø ext.) | 1/8", 1/4", 1/2" |
| Longueur des colonnes de test | 6 m |
| Incertitude de la mesure de pression différentielle | +/- 0.035% |
04 — Autres applications
Votre projet implique un fluide sensible au cisaillement ?
Agroalimentaire
Contrainte commune : pomper et faire circuler des produits fragiles (émulsions, sauces) sans en casser la texture.
Biotechnologies / Pharmacie
Contrainte commune : manipuler des solutions de protéines ou des suspensions cellulaires sans dénaturer les molécules ni lyser les cellules.
Cosmétique
Contrainte commune : fabriquer des crèmes ou gels dont les propriétés dépendent de structures colloïdales sensibles au cisaillement.
Un ingénieur de notre bureau d’études vous répond dans les meilleurs délais.