Méthode de référence : mesure des rejets de particules de sources fixes : méthode B


Méthode B - Détermination de la vitesse et du débit-volume des gaz de cheminée

2.1 Application

La présente méthode ne peut s'appliquer en présence d'une ou de plusieurs des conditions suivantes :

  • écoulement cyclonique ou inversé (cf. méthode A);
  • valeurs de pression dynamique des gaz tombant à l'extérieur de la plage de fonctionnement normal de l'instrument de mesure;
  • valeurs de pression dynamique s'écartant de plus de 20 % de la moyenne à chaque point de prélèvement.

2.2 Principe

On détermine la vitesse moyenne des gaz dans la cheminée ou le conduit à partir de leur densité et des valeurs de pression dynamique mesurées au moyen d'un tube de Pitot de type S (Stausscheibe ou inversé). Un tube de Pitot ordinaire peut être employé s'il existe peu de risques de colmatage de ses prises de pression par les particules ou l'humidité. Le débit-volume des gaz de cheminée est calculé à partir des mesures de la vitesse, de la température, de la pression absolue, de la composition à l'état sec et de la teneur en humidité des gaz, ainsi que de la superficie de la section intérieure de la cheminée.

2.3 Appareillage

Les instruments suivants sont nécessaires :

Tube de Pitot de type S. Le tube de Pitot de type S devrait être fabriqué conformément aux spécifications de la figure B-1. Les prises de pression doivent être dans un plan perpendiculaire à l'axe transversal du tube et parallèle à son axe longitudinal. Les deux branches doivent être de longueur égale et leurs axes doivent coïncider quand elles sont vues de côté. En d'autres termes, LA = LB et 1,05 dt ≤ L ≤ 1,50 dt, lorsque la valeur de dt se situe entre 0,48 et 0,95 cm (3/16 et 3/8 po). De légers désalignements ou écarts par rapport aux spécifications de la figure B-1 sont permis, pourvu qu'on les consigne au moment de l'étalonnage du tube de Pitot.

Figure B-1: Spécifications d'un tube de Pitot de type S

Spécifications d'un tube de Pitot de type S

Tube de Pitot ordinaire. On peut utiliser un tube de Pitot ordinaire si les particules ou les condensats ne risquent pas de colmater ses prises de pression statique et de pression dynamique. La figure B-2 illustre les spécifications de ce tube.

Figure B-2: Spécifications d'un tube de Pitot ordinaire

Spécifications d'un tube de Pitot ordinaire

Assemblage de sonde. Le tube de Pitot de type S est très souvent employé avec un thermocouple et une sonde d'échantillonnage. Ces éléments devraient être assemblés conformément à la figure B-3, de manière à minimiser l'interférence aérodynamique entre eux. Le coefficient du tube de Pitot pour cet assemblage doit être déterminé au moyen du mode opératoire d'étalonnage décrit à la méthode F.

Figure B-3: Assemblage du tube de Pitot, de la buse de prélèvement et du thermocouple

Assemblage du tube de Pitot, de la buse de prélèvement et du thermocouple

Dans l'assemblage de la sonde, l'extrémité de l'indicateur de température ne doit être en contact avec aucune pièce métallique. L'extrémité de la buse doit dépasser, d'au moins deux fois le diamètre de la buse, l'extrémité de la branche amont du tube de Pitot de type S.

Manomètre différentiel. Cet appareil, par exemple un manomètre à tube incliné, doit permettre de mesurer la pression dans le tube de Pitot avec une précision de 0,1 mm (0,005 po) d'eau entre 0 et 25 mm (0 et 1 po) d'eau, et avec une précision de 1 mm (0,05 po) d'eau entre 25 et 250 mm (1 et 10 po) d'eau. II faut étalonner le manomètre par référence à un étalon primaire avant l'essai.

Indicateur de température dans la cheminée. Thermocouple étalonné ou autre indicateur de température approprié pouvant mesurer la température avec une précision correspondant à 1,5 % de la température absolue minimale à l'intérieur de la cheminée. Pour réduire le plus possible l'interaction aérodynamique, on doit monter le thermocouple sur le tube de Pitot de la manière illustrée à la figure B-4. Lorsque la température dans la cheminée est supérieure à 370°C (700°F), on devrait fournir au thermocouple la protection et l'aspiration nécessaires pour éviter tout effet causé par le rayonnement thermique.

Figure B-4: Assemblage du tube de Pitot de type S et du manomètre

Assemblage du tube de Pitot de type S et du manomètre

Baromètre. Baromètre pouvant mesurer la pression atmosphérique avec une précision de 2,5 mm (0,1 po) de mercure. II doit être étalonné par référence à un étalon primaire avant l'essai. On peut utiliser les données brutes sur la pression atmosphérique fournies par la station météorologique locale, mais on doit alors apporter une correction pour tenir compte de l'altitude du lieu d'échantillonnage.

Appareils de détermination de la densité des gaz. La densité des gaz de cheminée doit être déterminée à l'aide des méthode C (masse molaire à l'état sec) et méthode D (teneur en humidité).

2.4 Mode opératoire

Monter l'appareillage comme le montre la figure B-4 en utilisant un tube de Pitot de type S ou un assemblage de sonde préalablement étalonné suivant la méthode F. Le tube de Pitot doit être employé, dans la cheminée ou le conduit, exactement dans la même configuration que lors de son étalonnage dans le tunnel aérodynamique.

Procéder à un essai d'étanchéité du tube de Pitot et de la ligne de prélèvement en soufflant dans la prise de pression dynamique du tube jusqu'à l'obtention d'une indication de 76 mm (3 po) d'eau sur le manomètre différentiel (p. ex., un manomètre à tube incliné), puis en obturant la prise de pression dynamique; l'indication doit rester constante durant au moins 15 secondes. Procéder de la même façon pour la prise de pression statique, en y exerçant une aspiration jusqu'à l'obtention d'une indication de 76 mm (3 po) d'eau au manomètre.

Mettre le manomètre de niveau et le régler à zéro. Comme ces deux paramètres peuvent dériver sous l'effet des vibrations et des changements de température, il faut les vérifier à intervalles réguliers durant l'échantillonnage. Consigner toutes les données pertinentes sur la fiche de données Pression et température des gaz (figure B-5).

Figure B-5: Pression et température des gaz - Fiche de données

Pression et température des gaz - Fiche de données

Mesurer la pression barométrique et la consigner sur cette même fiche de données.

Mesurer la pression statique dans la cheminée. Placer le tube de Pitot de type S de sorte que ses prises de pression soient dans un plan parallèle au courant gazeux. Fermer hermétiquement les ouvertures entre l'orifice et le tube de Pitot. Raccorder une seule branche du tube au manomètre et mettre l'autre branche du manomètre à l'air libre. Consigner la pression statique sur la fiche de données Pression et température des gaz (figure B-5).

Mesurer la pression dynamique et la température à chaque point de prélèvement. S'assurer de maintenir les prises de pression du tube de Pitot de type S dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la cheminée ou du conduit. Le manomètre différentiel doit être compatible avec l'intervalle des valeurs de pression dynamique mesurées. Consigner la pression dynamique et la température des gaz à chaque point de prélèvement (figure B-5). Si la pression dynamique varie, il faut calculer et inscrire la pression moyenne. Toutefois, lorsque des mesures s'écartent de plus de 20 % de la moyenne, celle-ci est jugée inacceptable. Déterminer la masse molaire et la teneur en humidité des gaz de cheminée à l'aide des méthodes C et D, respectivement.

2.5 Calculs

Pression absolue des gaz de cheminée. Calculer la pression absolue des gaz au lieu d'échantillonnage à l'aide de l'équation B-1 :

Equation B-1
Équation de la pression absolue des gaz de cheminée.

Vitesse des gaz de cheminée. Calculer la vitesse réelle des gaz à chacun des points de prélèvement à l'aide de l'équation B-2 :

Equation B-2
Équation de la vitesse des gaz de cheminée

Débit-volume des gaz de cheminée. Calculer le débit-volume moyen des gaz, à l'état sec et aux conditions de référence de température et de pression, à l'aide de l'équation B-3

Equation B-3
Équation du débit-volume des gaz de cheminée.

2.6 Nomenclature

A
Superficie de la section intérieure de la cheminée ou du conduit, en m 2

ct
Coefficient du tube de Pitot de type S, sans dimension

Mg
Masse molaire des gaz de cheminée à l'état humide, en kg/kmol

pa
Pression absolue des gaz de cheminée, en kPa

pbar
Pression barométrique au lieu d'échantillonnage, en kPa

ps
Pression statique des gaz de cheminée, en kPa

p0
Pression de référence: 101,3 kPa

Δ p
Pression dynamique des gaz de cheminée à chaque point de prélèvement, en kPa

qv
Débit-volume des gaz de cheminée à l'état sec, aux conditions de référence de température et de pression, en m 3/h

Tg
Température absolue des gaz de cheminée à chaque point de prélèvement, en K

Moyenne arithmétique des température absolues des gaz de cheminée à chaque point de prélèvement, en K

T0
Température de référence: 298 K

U
Vitesse des gaz de cheminée à chaque point de prélèvement, en m/s

Moyenne arithmétique des vitesses des gaz de cheminée mesurées à chaque point de prélèvement, en m/s

φH2O
Fraction volumique de la vapeur d'eau dans les gaz de cheminée, sans dimension

128.95
Constante dimensionnelle (m/s)((kg/kmol)/K]

3600
Facteur de conversion (s → h)
Symbole Tg barre
Symbole U barre

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