Débitmètres à écoulement libre

1. Débitmètres à écoulement libre Bonne référence : Environnement Canada à http://www.ec.gc.ca/nopp/docs/rpt/2MM4/fr/appa.cfm

2. Utilisation • Mesure de débit dans des canaux ouverts, des rivières, ... • Techniques: • Déversoirs • Canaux jaugeurs • Méthode “vitesse-section” • ...

3. Les déversoirs

4. Déversoirs • Barrages perpendiculaires à l’écoulement du liquide. • Le trop plein s’écoule par un déversoir. • En amont, augmentation du niveau par rapport à l’aval. • La mesure de ce niveau permet de déduire le débit.

6. Déversoirs • Éléments primaires de mesure: • L = largeur du canal en amont; • l = largeur du seuil déversant (crête); • H = niveau maximal du liquide; • h = dénivellation du liquide; • P = pelle ou profondeur du déversoir • X = distance entre l’extrémité de la crête et la paroi latérale.

8. Déversoirs • Formes possibles: • Rectangulaire (barrage total) • Rectangulaire à contraction latérale • Trapézoïdal ou de Cippoletti • Triangulaire ou à gorge • Linéaire (ou proportionnel)

9. Déversoir rectangulaire

10. Déversoir rectangulaire à deux contractions

11. Déversoir rectangulaire: - calcul du débit • Système métrique: • n=0 barrage total, n=1 ou 2 à contraction • h, l en mètres, Q en m3/s

12. Déversoir rectangulaire: - calcul du débit • Système impérial: • n=0 barrage total, n=1 ou 2 à contraction • h, l en pieds; Q en pi3/s

13. Déversoir trapézoïdal ou de Cipolletti

14. Déversoir trapézoïdal: - calcul du débit • Système métrique: • h, l en mètres, Q en m3/s

15. Déversoir trapézoïdal: - calcul du débit • Système impérial: • h, l en pieds; Q en pi3/s

16. Déversoir triangulaire

17. Déversoir triangulaire: - calcul du débit • Système métrique: • h, l en mètres; g = 9.81 m/s2; 35°<<120° • Q en m3/s

18. Déversoir triangulaire: - calcul du débit • Système impérial: • h en pieds; Q en pi3/s

19. Déversoir linéaire ou proportionnel

20. Déversoir linéaire: - calcul du débit • Système métrique: • a, h, l en mètres; Q en m3/s

21. Déversoir linéaire: - calcul du débit • Système impérial: • h en pi.; m largeur de la lame à 1 pi.; Q en pi3/s

22. Montage d’un déversoir • Dimensionner pour que la vitesse d’approche du liquide soit de 0.2 à 0.5 m/s. • L’espace Z doit être rempli d’air atmosphérique. • Le niveau en aval doit être inférieur d’au moins 6 à 8 cm.

23. Montage d’un déversoir • La profondeur P de la pelle doit être supérieure à 3H. (Varie de 20 cm à 3m). • La surlargeur latérale X ainsi que la largueur de la crête doit être supérieure à 3H.

24. Montage d’un déversoir • Le point de mesure du niveau doit être situé à au moins 4H en amont du déversoir, ou supérieure à 2(P+H). Le canal amont doit être droit sans turbulences sur une distance d’au moins 20H.

25. Boîte à déversoir

26. Bilan • Mesure de débits: • déversoirs rectangulaires: • de 10 m3/h à 20000 m3/h; h peut atteindre 1.5 m. • déversoirs triangulaires: • de 0.3 l/s à 1000 m3/s; h peut atteindre 0.5 m. • Mesure très précise. • Rangeabilité: de 75:1 (rectangulaires) à 200:1 (triangulaires). • Problèmes si solides en suspension.

27. Les canaux jaugeurs

28. Les canaux jaugeurs • Ressemblent à des débitmètres Venturi. • 2 types: • canaux jaugeurs Parshall. • canaux jaugeurs Palmer-Bowlus.

29. Canaux jaugeurs Parshall • Mesure du niveau en ha si écoulement libre. • Si submergé, mesurer aussi hb (submergé si hb=60% de ha).

31. Formule empirique • c : coefficient variant de 3.97 à 4.12 selon la largeur; • w : largeur du col (m. ou pi.) [<2.4 m]; • Q : débit volumique en (m3/s ou pi3/s); • ha : niveau du liquide au dessus du fond.

32. Canaux jaugeurs Parshall • La mesure de niveau à lieu à • 2A/3 si w < 25 cm; • 2/3 (w/2+4) si w  25 cm. • Éviter une vitesse d’approche supérieure à 0.3 m/s.

33. Bilan • Mesure de débits de 1 m3/h à 200000 m3/h; • Largueur du col (w) de 2 cm à 10 m; • Autonettoyant (pas de problèmes avec les matières en suspension). • Perte de charge 30% plus faible que les déversoirs. • Rangeabilité de 40:1 ou plus.

34. Canaux jaugeurs Palmer-Bowlus • La variation du niveau H dépend du débit. • Les fournisseurs donnent des tables de correspondance, car c’est très non-linéaire.

35. Bilan • Utilisé pour mesurer le débit des eaux usées et des égouts. • Il sont autonettoyants et aussi précis que les canaux Parshall.