La force de l’eau : l’énergie renouvelable des mers et des océans

La force de l’eau : l’énergie renouvelable des mers et des océans

L’idée de dompter la force de la mer pour produire de l’énergie n’est pas nouvelle. Le défi principal réside dans le développement de systèmes de conversion d’énergie qui restent économiques tout en impactant faiblement l’environnement. C’est dans ce cadre qu’un projet très prometteur intitulé REWEC3 est né en Italie.

Le convertisseur d’énergie de résonance des vagues (REWEC3) est une technologie avancée qui produit de l’énergie électrique à partir de l’énergie des vagues en mer. Le premier exemplaire de cet instrument a été construit avec succès dans le port de Civitavecchia. Son fonctionnement est basé sur les systèmes de colonne d’eau oscillante (OWC).

Les colonnes d’eau oscillantes présentent un grand potentiel de source d’énergie renouvelable tout en ayant un faible impact sur l’environnement. Lorsque les niveaux d’eau autour et à l’intérieur d’une colonne d’eau oscillante montent, ils produisent un mouvement d’eau qui pousse l’air dans une chambre de collecte dans laquelle l’air est ensuite déplacé d’avant en arrière au sein d’un système de prise de force (PDF). Le système PDF converti, à son tour, ce mouvement d’air en énergie. Parmi les modèles qui convertissent le mouvement d’air en électricité, le système PDF a la forme d’une turbine bi-directionnelle. Indépendamment du sens du flux d’air, la turbine tourne ainsi toujours dans la même direction fournissant ainsi de l’énergie continue.

Le système REWEC3 de Civitavecchia est né d’un projet de recherche de l’université méditerranéenne de la région de Calabre et est utilisé aujourd’hui par la société Wavenergy.it. L’installation se présente essentiellement sous la forme d’un caisson renforcé en béton. Ce caisson est doté d’un conduit vertical sur le côté faisant face aux vagues (1), qui présente une ouverture à la mer (2) sur son côté supérieur et s’ouvre à l’opposé sur une chambre intérieure (3) par une ouverture plus basse (4). Cette chambre intérieure contient de l’eau dans sa partie basse (3a) et une poche d’air dans sa partie supérieure (3b). Une conduite d’air (5) connecte cette poche d’air à l’air ambiant par le biais d’une turbine à auto-redressement (6). Les mouvements des vagues créent des variations de pression à l’entrée du conduit vertical (2). Par conséquent, l’eau à l’intérieur du conduit monte et retombe à l’intérieur du conduit (1). Cela entraîne la compression ou l’expansion de la poche d’air dans la partie supérieure du conduit. L’air circule à l’intérieur de la conduite d’air (5) puis fait tourner la turbine à auto-redressement (6).

Le principe des installations REWEC3 exploite le mouvement des vagues dans la mer pour générer de l’électricité. L’air à l’intérieur de la chambre à air est alternativement compressé (par les pics de vagues) et décompressé (par les creux de vagues) de sorte qu’un flux d’air alternatif est créé dans la conduite qui, à son tour, entraîne une turbine à auto-redressement. L’énergie électrique est ensuite produite par un générateur coaxial.

Les avantages des installations REWEC3 dans la production d’électricité parlent d’eux-mêmes:

  • elles n’impactent le paysage car elles sont à peine visibles de l’extérieur.
  • elles absorbent l’action des vagues et modèrent l’impact des tempêtes sur la côte.
  • la faune marine ne risque rien grâce à la position élevée des turbines.
  • Une installation d’un kilomètre de long peut produire 8 000 MWh par an.

Un système tel que REWEC3 nécessite impérativement une surveillance fiable et rapide des différences de pression issues des vagues. Suite à toute une série de tests exhaustifs, les chercheurs de l’université méditerranéenne ont opté pour les capteurs de niveau de haute précision de STS ATM.1ST/N. Les éléments qui ont été décisifs pour le choix des transmetteurs de pression ATM.1ST/N transmetteurs de pression ont été les temps de réponse très courts de < 1ms / 10 à 90 % FS ainsi que leur grande stabilité sur le long terme sur une plage de température étendue. De plus, le fait que les instruments de mesure de STS soient facilement adaptables à toutes sortes d’équipements grâce à leur structure modulaire est un atout indéniable. Les capteurs de niveau ATM.1ST/N installés peuvent même être facilement configurés pour être utilisés avec les collecteurs de données de National Instruments.

Image Source: Wavenergy.it

Détecteurs de niveau avec mise à la terre pour la protection contre les surtensions

Détecteurs de niveau avec mise à la terre pour la protection contre les surtensions

Lors du contrôle des niveaux de remplissage, assurez-vous d’une mise à la terre correcte des capteurs de niveau pour éviter des dommages importants. Si cette mise à la terre est incorrecte ou absente, cela peut avoir trois conséquences graves.

  1. En raison d’une égalisation de potentiel insuffisante dans les milieux conducteurs comme l’eau, il existe un risque de corrosion. La corrosion est un phénomène progressif, qui peut être observé dans les applications à long terme. Les différences de tension entre le capteur et les fluides environnants entraînent une corrosion électrolytique. Le boîtier en métal se perfore progressivement, et le liquide pénètre dans le boîtier. Ceci se traduit par une détérioration des composants électroniques. Ce processus peut être aussi bien constaté en eau libre, que dans le contrôle de niveau de remplissage des réservoirs, car la différence de potentiel entre le capteur de niveau, le fluide et la paroi du réservoir peut causer une corrosion électrolytique.
  2. Les capteurs de niveau de remplissage sont connectés au système de contrôle par des câbles ou branchés à des systèmes télémétriques. Grâce à ces connexions, les tensions atmosphériques peuvent être transmises jusqu’au capteur, exerçant dans ce cas une surcharge au niveau de l’électronique.
  3. Si la foudre frappe près de la sonde de niveau, il s’en suivra une très grande différence de tension à court terme. La tension accrue dans l’eau empruntera alors le chemin le plus court jusqu’à la terre, via le capteur de niveau.

Mise à la terre et protection contre la foudre des capteurs de niveau

Pour protéger les capteurs de niveau de ces effets, il est recommandé de les équiper d’une protection antifoudre. À cette fin, une protection de surtension transitoire, qui réagira rapidement en cas d’augmentation de la différence de tension, est intégrée à la sonde de niveau. En cas de montée en tension soudaine, le parafoudre provoque un court-circuit au sein du circuit électrique pour canaliser cette surtension vers la terre. Cette protection opère normalement à l’état non conducteur, mais conduit les transitoires de tension afin de les diriger vers le sol sans causer aucun dégât. Cependant, veuillez noter qu’en cas de foudre touchant directement la sonde à immersion, une protection contre les surtensions ne suffit pas à éviter les dommages.

Une mise à la terre avec une résistance de moins de 100 ohms doit également être utilisée. Pour la surveillance de niveau de remplissage dans les citernes à liquide en métal ou même en plastique, il convient de veiller à ce que l’ensemble des composants métalliques isolés soit connecté à la terre. En eaux libres, de plus grands efforts sont en général nécessaires pour créer une faible résistance à la terre. Pour cette raison, une grille de mise à la terre est souvent installée dans le sol pour ces applications.

Il est généralement conseillé aux utilisateurs de discuter d’un concept de mise à la terre avec les divers fabricants pour leurs applications respectives.

Compatibilité des fluides des transmetteurs de pression piézorésistifs

Compatibilité des fluides des transmetteurs de pression piézorésistifs

Lors du choix d’un transmetteur de pression adapté à des applications individuelles, de nombreux critères doivent être pris en compte en plus de la plage de pression à mesurer et de l’étendue des conditions thermiques. La compatibilité des fluides figure parmi ces autres critères : le boîtier et le raccord de process doivent résister aux conditions environnementales, afin que le capteur puisse fonctionner sur le long terme.

Par conséquent, deux considérations importantes s’appliquent dans le choix du matériau : Dans un premier temps, il doit présenter une tolérance chimique au fluide de contact. L’autre facteur est que les considérations préventives jouent également un rôle important. Il convient non seulement de clarifier si le transmetteur de pression restera fonctionnel sur le long terme. Mais il faut également établir si les matériaux utilisés dans le transmetteur de pression lui-même peuvent comporter des risques en cas de contact avec des substances particulières : l’industrie pharmaceutique serait un exemple évident ici. Ensuite, nous préciserons quelles incompatibilités de fluides surviennent avec quels matériaux et quelles peuvent être les solutions.

Compatibilité physico-chimique des fluides avec le matériau d’étanchéité et le câble

Il ne suffit pas d’inclure le matériau du boîtier lui-même dans les considérations liées à la compatibilité des fluides. D’autres éléments du transmetteur de pression entrent également en contact avec le milieu environnant ou le fluide de process, et ces matériaux doivent être envisagés avec soin.

La majorité des transmetteurs de pression sont dotés d’un matériau d’étanchéité composé d’élastomère. Le problème ici est que l’élastomère peut se dissoudre en cas de contact avec des fluides agressifs comme le biodiesel par exemple. Dans ce cas, il convient d’utiliser un capteur affleurant, soudé et dépourvu d’élastomère.

Un autre facteur est le câble qui sert à transmettre les données de mesure. Nous utiliserons ici l’exemple d’une sonde submersible dans une piscine. Pour des raisons d’hygiène, les piscines utilisent de l’eau chlorée. Par défaut, les sondes submersibles utilisent des câbles PE ou PUR. Bien que l’eau chlorée seule ne présente aucun problème pour ces câbles, la vapeur de chlore qui s’élève de cette eau en est un, du fait qu’elle est bien plus agressive que l’eau elle-même. Au bout d’un certain temps, ces câbles deviendront poreux au-dessus du niveau de l’eau (visibles sous la forme d’une décoloration blanche), de sorte que l’eau pourra pénétrer à l’intérieur. Cela entraînera donc également la défaillance du capteur. Pour cette raison, des câbles en téflon seraient utilisés dans ce cas.

Compatibilité physico-chimique des fluides avec les boîtiers

Fluides visqueux

Avec des fluides visqueux, dont les peintures utilisées en guise d’exemple, des dépôts peuvent apparaître dans le canal d’étanchéité. Pour éviter toute contamination, des membranes lisses sans aucun espace mort ni canal de pression ouvert sont requises pour de telles applications, afin que le capteur puisse être débarrassé de tous les résidus.

Fluides abrasifs

Lorsque les transmetteurs de pression entrent en contact avec des fluides abrasifs comme le béton, une simple membrane en acier inoxydable n’offre pas une protection suffisante. Dans ce cas, une membrane revêtue d’une feuille Vulkollan® sera nécessaire.

Liquides galvaniques et acides

Un transmetteur de pression chromé peut être plus adapté d’un point de vue esthétique, mais cela n’apporte rien d’autre en termes pratiques. Lorsqu’un manomètre doté d’un boîtier métallique est utilisé dans un bain de galvanoplastie, au fil du temps, seul un amas de chrome non-fonctionnel subsistera. Même des fluides acides, comme de l’acide sulfurique, réagiront avec ces métaux. Pour cette raison, des boîtiers en plastique sont déployés pour les liquides galvaniques et acides. La solution la plus populaire ici est le PVDF.

Figure 1: Un mauvais choix de matériel peut détruire le transmetteur de pression

Eau de mer

L’eau de mer (selon sa salinité) cause à long terme des piqûres sur les boîtiers en acier inoxydable. Cela explique pourquoi la plupart des capteurs submersibles et capteurs de niveau sont également disponibles dans une version en titane.

Eaux libres / protection contre la foudre

Les éclairs ne peuvent peut-être pas être décrits comme un fluide, mais nous allons quand même les étudier plus en détail. Si la foudre devait frapper directement un capteur, aucune protection contre la foudre ne serait d’une quelconque utilité. En revanche, une protection contre les surtensions peut être recommandée pour les sondes submersibles utilisées en eaux libres. Cela permet d’éviter une tension excessive et tous dommages causés à l’instrument de mesure par un éclair tombé à proximité immédiate. Cela est particulièrement recommandé dans le cadre de mesures à long terme réalisées dans des endroits reculés. Le remplacement d’un appareil défectueux dans de telles conditions s’avérerait probablement beaucoup plus coûteux que la protection contre les surtensions en elle-même.

Compatibilité préventive des fluides

La puce en silicone d’un transmetteur de pression piézorésistif est entourée d’un fluide de transmission. Le choix se porte généralement ici sur de l’huile silicone. Bien que ce fluide n’entre normalement pas en contact avec le milieu environnant, certains aspects doivent néanmoins être pris en compte ici, car après tout, un boîtier défectueux ne peut être totalement exclu. Selon l’application, cela peut avoir de graves conséquences.

Gaz et fluides hautement oxydants

Lorsque des gaz et fluides oxydants entrent en contact avec des huiles ou des graisses, la menace de l’explosion survient. Tous les composants exposés ici au fluide doivent être dépourvus d’huile et de graisse tout comme, de manière préventive, le fluide de transmission.

Industries alimentaire et pharmaceutique

Dans ce cas, l’huile silicone doit être remplacée par une huile adaptée au contact alimentaire afin d’écarter tout risque de contamination nocive pour la santé ou ayant tout autre effet. Citons en exemple de la bière qui serait entrée en contact avec de l’huile silicone : elle ne mousserait plus et plus personne n’en voudrait.

Peintures

Une seule goutte d’huile peut rendre tout un lot inutilisable. Là encore, une alternative doit être trouvée.

Compatibilité des fluides des transmetteurs de pression piézorésistifs : Résumé

Le transmetteur de pression optimal pour une application individuelle dépend de nombreux facteurs. Pour cette raison, il est nécessaire de disposer, du côté du fournisseur, d’une bonne compréhension de l’application respective du client. STS offre toujours à ses clients des conseils axés sur les besoins et qui abordent tous les aspects d’une solution fiable dans les délais les plus courts, même pour des volumes moindres d’appareils.

Comment sélectionner le bon capteur de pression?

Comment sélectionner le bon capteur de pression?

Des tests exhaustifs sont essentiels dans le développement des nouvelles technologies. Pour obtenir des résultats fiables, il est nécessaire de disposer d’instruments de mesure qui répondent précisément aux exigences. Nous vous montrons ici quels sont les facteurs décisifs.

Plage de pression

Le premier critère à prendre en compte dans la recherche d’une technologie de mesure fiable est la plage de pression qui doit être mesurée et si l’on souhaite une mesure de la pression relative ou de la pression absolue.

Selon les applications, différentes fonctionnalités doivent être envisagées. Les tests et les applications de mesure requièrent, en particulier, des plages de mesure individuelles que les capteurs standards dotés de plages de mesure ISO ne peuvent fournir. Dans ce cas, il sera nécessaire de disposer de capteurs qui affichent la plage de pression appropriée permettant ainsi d’obtenir la précision de mesure désirée.

Précision

Dans le développement des moteurs pour les voitures de course, la plus infime des mesures relevées peut faire pencher la balance du côté de la victoire ou de la défaite. Dans ce cas, une précision extrême est demandée et les développeurs choisiront pour ces applications spécifiques un capteur avec ±0,05% FS.

Quand il est question de précision, les facteurs de coûts et de nécessité se trouvent souvent renvoyés dos à dos. La plage de pression à mesurer constitue généralement un bon critère de sélection. Si celle-ci était très importante, aucune mesure de précision exceptionnelle ne serait nécessaire. Ceux qui optent pour les capteurs les plus précis du marché, doivent être cependant conscients que cette précision a un prix.

Température

Le facteur température est parfois difficile à déterminer. Les développeurs ne connaissent pas toujours les plages de température dans lesquelles le capteur utilisé peut fonctionner. De nombreux capteurs de pression STS , sont par exemple optimisés pour des températures de service entre -25°C et 100°C. Cette plage de température permet de couvrir tous les domaines d’application courants. En principe, tous les capteurs peuvent être optimisés et programmés pour une plage de température spéciale de façon à pouvoir obtenir des résultats précis même à des températures de -40°C ou 150°C.

Interface du processus

La question de l’interface du processus peut vite devenir un critère d’exclusion pour les développeurs depuis que les sociétés utilisent des connections standardisées. Dans ce cas, même l’endroit où doit être installé le capteur constitue un facteur déterminant.

Il existe une multitude de connexions électriques optionnelles, que ce soit M12, DIN, MIL ou autres, disponibles également chez les fabricants dans une grande variété de longueurs et de matériaux.

STS fournit, lui-même, une large gamme de connecteurs. Un grand nombre d’options de connexion sont possibles en raison du principe de construction modulaire de ces instruments de mesure.

Signal de sortie

L’information de la pression mesurée doit-elle être transmise sous la forme d’un signal analogique ou par le biais d’une interface numérique comme le Modbus ? Cette question est également décisive. Avec une transmission par signal analogique, la pression est convertie en un signal analogique qui doit être mesuré une nouvelle fois. Dans le cas d’une transmission numérique, la valeur de la pression mesurée est directement exprimée via une interface.

Besoins en espace

De nombreuses applications ne laissent qu’un espace réduit pour l’installation des capteurs de pression. Pour cette raison, la taille du capteur associée aux interfaces de process accessibles peut devenir un critère de sélection important. Le type de mesure de la pression joue également un rôle important. Les capteurs piézorésistifs se miniaturisent particulièrement bien. C’est la raison pour laquelle STS est en mesure de fournir des capteurs de seulement quelques millimètres de diamètre.

Matériaux

Où le capteur sera-t-il installé ? Dans quelles conditions ambiantes ? Va-t-il être en contact avec la vapeur, du carburant ou des gaz spécifiques ? Le matériau du boîtier est déterminé par le médium auquel le capteur va être exposé. Pour les applications sur les bancs d’essai, les boîtiers sont généralement en acier inoxydable. Si le capteur doit entrer en contact avec de l’eau salée, le matériau sélectionné sera du titane.

Le matériau assurant l’étanchéité du capteur joue également un rôle très important dans le choix de celui-ci. Le matériau d’étanchéité demeure dépendant du fluide utilisé dans le système de pression. Élément déterminant, les températures prévues pour l’application doivent aussi faire partie de la réflexion.

Certifications

Lorsqu’on utilise le capteur pour des applications particulièrement dangereuses, pouvant entraîner des explosions, certaines certifications sont essentielles. Celles-ci fournissent des informations concernant le maniement sûr des instruments. La gamme STS comprend des capteurs comme l’ATM.ECO/IS qui bénéficie de la certification FM, Fmc, IECEx, ATEX et dont l’utilisation est autorisée dans les zones explosibles

Délais de livraison

De longs délais de livraison peuvent retarder le test de prototypes et compromettre au final l’introduction du produit sur le marché. C’est pourquoi, il devrait être établi à l’avance si les capteurs requis sont disponibles ou quel délai de livraison doit être envisagé pour leur production sur mesure.

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Le bon capteur de pression – Résumé

Les capteurs ne répondent pas forcément à toutes les spécifications requises. Dans certains cas, le capteur requis d’un fabricant n’existe pas dans le modèle de connexion standardisée de l’entreprise demandeuse. Cela peut occasionner des coûts supplémentaires importants. Les délais de livraison peuvent aussi se prolonger en conséquence.

Pour faciliter le choix du capteur approprié à nos clients, la structure de nos instruments de mesure de la pression est modulaire. Cela signifie que tous nos capteurs de pression peuvent être calibrés individuellement sur une plage de température requise. Nos produits sont aussi très flexibles en termes d’interface de processus, de matériaux d’étanchéité et de plages de mesure de pression. Grâce à la structure modulaire de notre technologie de mesure, il est possible de fournir des capteurs de mesure correspondant exactement aux spécifications requises dans des délais extrêmement courts.

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