Le turbocompresseur succombe aux pressions de la conservation d’énergie

Le turbocompresseur succombe aux pressions de la conservation d’énergie

Pendant de nombreuses années, les turbocompresseurs n’étaient disponibles que sur les voitures de sport les plus chères et les moteurs diesel, mais les réglementations en matière d’émissions polluantes ont modifié la perception de l’induction forcée. Bien que l’amélioration des performances soit toujours au cœur des préoccupations de développement, les constructeurs cherchent désormais à compenser les performances et la manœuvrabilité des moteurs à essence à taille réduite. De nos jours, la majeure partie des moteurs à essence sont équipés d’une toute nouvelle technologie turbo : de la petite Ford Ecoboost de 999 cm3 à la dernière Ferrari.

Mais avec l’avènement du nouveau E-Charger, cette nouvelle technologie de turbocompresseurs semble déjà sur le point de devenir obsolète. Audi équipe déjà l’E-Charger sur sa série SQ7, et équipera prochainement cette technologie sur ses futurs véhicules de série avec l’arrivée des véhicules électriques 48 volts.

Le principal avantage du compresseur à entraînement électrique est qu’il n’y a pas de pertes parasites (au même titre que les turbocompresseurs). Mais contrairement à la plupart des turbo, cette technologie ne souffre d’aucun décalage de turbo et ne nécessite pas de soupape de décharge. Ce puissant moteur électrique peut faire tourner la turbine jusqu’à 70 000 tours par minute en moins d’une seconde, ce qui élimine l’effet de décalage de turbo.

Cela améliore naturellement la maniabilité des véhicules et réduit la consommation et les émissions de 7 à 20 % lorsque ce dispositif est utilisé sur un véhicule équipé d’un freinage par récupération (captation de l’énergie cinétique de la voiture pour la transformer en électricité).

La pression est essentielle pour débloquer les performances du E-Charger

Contrôlé électroniquement, l’E-Charger peut-être cartographié pour optimiser les performances du moteur tout en maximisant l’énergie récupérée des gaz d’échappement. Mais pour réaliser cette utopie, les ingénieurs doivent créer une carte de l’accélération du moteur en mesurant les pressions d’admission à différentes charges et à différentes vitesses du moteur. Cela ne peut être réalisé qu’à l’aide de capteurs de pression de qualité professionnelle.

Comme avec les super/turbocompresseurs, il est important que l’unité soit adaptée aux exigences du moteur. Dans le cas contraire, cela peut entraîner une déficience du moteur ou une consommation inutile d’électricité.

Étant donné qu’il s’agit d’une technologie en pleine maturation, peu de données de recherche et de test sont disponibles pour les ingénieurs souhaitant explorer les limites des compresseurs E-Charger. Bien que la dynamique des fluides et l’ingénierie électrique puissent fournir de bonnes bases de développement, il est essentiel que les théories soient validées dans des conditions de test réelles.

Pour qualifier les performances de la configuration E-Charger choisie, le véhicule est équipé de capteurs de pression extrêmement précis, facilement calibrés et qui fournissent des lectures précises sur une large plage de pressions.

La mesure de la conductivité des eaux naturelles et autres liquides

La mesure de la conductivité des eaux naturelles et autres liquides

Plusieurs facteurs sont à prendre en compte lors de la mesure de la conductivité d’un liquide. Bien que les éléments à considérer varient selon la nature du liquide testé, l’un des principaux facteurs d’influence est la température du liquide.

La conductivité, exprimée en microsiemens (µS), indique la capacité d’une substance à conduire du courant électrique. La conductance électrique est l’inverse de la résistance électrique (ohms). Ainsi, plus la conductance est élevée plus la résistance est faible.

La conductivité des eaux naturelles

L’eau pure n’offre quasiment aucune conductance électrique (0,055 µS/cm pour l’eau pure, contre 500 µS/cm pour l’eau potable). L’eau devient conductrice par le biais de substances dissoutes, telles que les chlorures, les sulfates et autres substances. Ainsi, la pureté d’un plan d’eau peut être déterminée via une simple mesure de conductivité. Plus la conductivité est élevée, plus il y a de substances dissoutes dans l’eau. Les usages applicatifs de la mesure de la conductivité permettent par exemple d’évaluer le niveau de contamination des eaux souterraines dans les décharges et de surveiller les infiltrations d’eau salée dans les sources souterraines. Ces usages font de la conductivité un élément clé des technologies environnementales de dépistage et d’analyse des impuretés dans l’eau. Cependant, la conductivité n’est qu’un indicateur de pollution. La composition des substances présentes dans l’eau doit ensuite être analysée chimiquement, en particulier car les substances pouvant être dissoutes dans l’eau ne sont pas toutes conductrices (p. ex. les hormones et les fongicides).

Un autre usage applicatif de la mesure de la conductivité consiste à déterminer la direction et la vitesse d’écoulement de l’eau. Du sel est ajouté à l’eau afin d’augmenter sa conductivité, puis des mesures de conductance sont effectuées à des points spécifiques qui permettent de déterminer avec précision la vitesse et la direction d’écoulement.

Comme mentionné précédemment, la conductivité d’un liquide dépend fortement de sa température. Deux échantillons d’une même substance liquide peuvent donc produire différentes valeurs de conductance à différentes températures. Sans compensation de température, il est pratiquement impossible de comparer deux substances qui ne peuvent pas être examinées à la même température. Par conséquent, la mesure de la conductivité et la mesure de la température sont généralement effectuées en même temps. La compensation de température est ensuite utilisée pour calculer la conductance à une température de référence, qui est normalement définie à 25 °C.

La formule de compensation de température

La formule de compensation de température utilisée pour déterminer la conductivité d’un liquide à une température de référence dépend entièrement du liquide examiné. Pour les eaux naturelles, la fonction employée est la fonction non linéaire de la norme ISO/DIN 27888 relative à la qualité de l’eau.

Les fonctions linéaires sont utilisées pour les solutions salines, acides et alcalines. Pour calculer le pourcentage de variation de conductivité (K) par variation de température en degrés Celsius (∆T), nous utilisons la formule suivante :

α = (∆K(T)/∆T)/K(25°C)*100

∆K (T) = Variation de conductivité par rapport à la plage de température sélectionnée.

∆T = Variation de température par rapport à la plage de température sélectionnée.

K (25 °C) = Conductivité à 25 °C

Enfin, considérons un exemple de calcul permettant de déterminer la conductivité d’un détartrant rapide. Pour obtenir les chiffres nécessaires au calcul, trois mesures doivent être effectuées :

122.37 mS/cm à 20°C
133.10 mS/cm à 25°C
135.20 mS/cm à 26°C

K(T) = 135.20 mS/cm -122.37 mS/cm = 12.83 mS/cm
T = 26°C – 20°C = 6°C
K(25°C)= 133.10 mS/cm

α = ((135.20 – 122.37)/(26 – 20))/133.10*100 = 1.60 %/°C

La mesure de la pression hydrostatique à l’aide de capteurs de niveau piézorésistifs

La mesure de la pression hydrostatique à l’aide de capteurs de niveau piézorésistifs

L’eau est une ressource naturelle qui joue un rôle déterminant dans notre biosphère et dont la gestion est l’objet de forts enjeux. Compte tenu de son caractère vital, la gestion et la surveillance de l’eau sont des éléments de grande importance.

En règle générale, ce qui ne peut pas être mesuré précisément ne peut pas être géré efficacement. Qu’il s’agisse de la gestion de l’approvisionnement en eau douce, du traitement de l’eau potable, du stockage et du contrôle des volumes consommés, du traitement des eaux usées ou de l’hydrométrie, les données de mesure sont essentielles à un suivi et une planification efficaces. De nos jours, une large gamme d’appareils et de processus permettent de collecter des données hydrométriques complexes. Les dispositifs de mesure les plus répandus sont sans aucun doute les jauges de niveau. Cependant, ces appareils n’offrent qu’une précision de +/- 1 cm et ne fonctionnent que de manière « analogique ». Cela signifie qu’ils doivent être inspectés et contrôlés de manière visuelle sans l’aide de dispositifs de transmission des données. Aujourd’hui, les instruments de mesure modernes sont beaucoup plus perfectionnés et précis que les jauges de niveau et permettent la transmission à distance des données mesurées. Par exemple, les capteurs de pression piézorésistifs utilisés pour les mesures de niveau des eaux souterraines et de surface.

La mesure des niveaux à l’aide de capteurs de pression

Pour effectuer des mesures de niveaux à l’aide de capteurs de pression, les capteurs sont installés au fond de la masse d’eau à surveiller. Contrairement aux jauges de niveau, les capteurs de niveau piézorésistifs sont étudiés pour répondre aux exigences actuelles en matière d’automatisation et de contrôle des processus. Ainsi, les niveaux d’eau peuvent être mesurés sans intervention humaine, ce qui permet une surveillance continue des endroits difficiles d’accès.

Les capteurs de niveau hydrostatiques mesurent la pression au fond d’une masse d’eau, où la pression hydrostatique est proportionnelle à la hauteur de la colonne de liquide. Les mesures sont également assujetties à la densité du liquide et à la force gravitationnelle. Voici la formule de calcul basée sur le théorème de Pascal :

p(h) = ρ * g * h + p0

p(h) = pression hydrostatique
ρ = densité du liquide
g = force gravitationnelle
h = hauteur de la colonne de liquide

Considérations importantes pour une surveillance des niveaux sans incidents

Étant donné que les capteurs de niveau piézorésistifs sont installés au fond de la masse d’eau, les éléments présents en surface (p.ex. l’écume et les résidus) ne sont pas en contact avec les capteurs et n’influencent pas les mesures. Cependant, les capteurs de niveau doivent être adaptés en fonction des conditions de mesure. Par exemple, dans un environnement d’eau salée il est recommandé d’utiliser des capteurs de niveau équipés d’un boîtier en titane. Pour des applications où des effets galvaniques peuvent survenir, un appareil de mesure en PVDF (polyfluorure de vinylidène) est le meilleur choix. Dans la plupart des eaux douces, un acier inoxydable de haute qualité est suffisant. Enfin, la mise à la terre des capteurs de niveau est essentielle, par exemple pour prévenir les dommages causés par la foudre.

Les capteurs de niveau modernes : toutes les données depuis un seul appareil

Les capteurs de niveau piézorésistifs peuvent être utilisés pour surveiller les niveaux des eaux libres (telles que des lacs), des nappes phréatiques, et des réservoirs fermés. En eaux libres, les mesures sont effectuées à l’aide de capteurs de pression relative. Ces capteurs permettent de compenser la pression de l’air par un capillaire situé à l’intérieur du câble. Dans les réservoirs, les mesures sont généralement effectuées avec des capteurs de pression différentielle, car la couche de gaz qui presse le liquide doit également être prise en compte.

Grâce au fonctionnement autonome des capteurs de niveau piézorésistifs et à leur capacité de résistance à des pressions très élevées, les mesures en grandes profondeurs sont désormais possibles. Théoriquement, la seule limite de profondeur des capteurs piézorésistifs est la longueur du câble du capteur.

Exemples de capteurs de niveau pour la mesure de la pression hydrostatique

Outre le fait qu’ils n’ont pratiquement aucune limite de profondeur, ces instruments de mesure modernes sont également très polyvalents. Après tout, la mesure des niveaux n’est pas le seul élément à prendre en considération pour une masse d’eau. La qualité de l’eau est également d’une grande importance pour la surveillance des eaux souterraines. La pureté d’une réserve d’eau souterraine peut par exemple être déterminée par sa conductivité. Plus la conductivité est basse, plus l’eau est pure. En plus des capteurs de conductivité, certains capteurs de niveau permettent également de mesurer la température. Les capteurs de niveau piézorésistifs offrent un large éventail de tâches de surveillance et sont sans conteste préférables aux jauges de niveau standard.