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Conception et réalisation d'une chaîne complète d'étalonnage pour la mesure des débits de fuites de fluides frigorigènes

Morgado, Isabelle (1982-...) ; Clodic, Denis (19..-....) ; École nationale supérieure des mines Paris

Paris : MINES ParisTech, 2009

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  • Titre:
    Conception et réalisation d'une chaîne complète d'étalonnage pour la mesure des débits de fuites de fluides frigorigènes
  • Auteur: Morgado, Isabelle (1982-...)
  • Autre(s) auteur(s): Clodic, Denis (19..-....) ;
    École nationale supérieure des mines Paris
  • Sujets: Fluides frigorigènes -- Thèses et écrits académiques ;
    Détecteurs de fuites -- Thèses et écrits académiques ;
    Étalonnage -- Thèses et écrits académiques ;
    Débitmétrie -- Thèses et écrits académiques ;
    Spectroscopie infrarouge -- Thèses et écrits académiques
  • Description: Thèse de doctorat
    Le règlement européen n°842/2006 ayant pour objectif la réduction des gaz à effet de serre vise à une politique de contrôle de l'étanchéité des équipements contenant plus de 3 kg de fluide. En France, l'arrêté du 7 mai 2007 spécifie que les contrôles doivent être effectués par un détecteur de fuite manuel d'une sensibilité de 5 g/an ou un contrôleur d'ambiance avec une sensibilité de 10 µmol/mol. Ces sensibilités doivent être mesurées suivant la norme EN 14624. Cette norme préconise l'utilisation de fuites calibrées de R-134a dont le débit varie de 1 à 50 g/an. Il est indispensable de disposer de fuites étalons permettant de vérifier les mesures effectuées. Comme une chaîne de mesure des débits de fuites hélium est déjà mise en place, une analyse des méthodes de mesures utilisées a mis en évidence la nécessité de développer une nouvelle méthode pour la mesure des débits de fuites de fluides frigorigènes. Pour répondre au besoin, le Centre d'Energétique et Procédés a développé une méthode de mesure basée sur l'absorption infrarouge. Elle consiste à mesurer la variation dans le temps de la concentration du gaz émis par une fuite, accumulée dans un volume fermé dit volume d'accumulation. Basée sur cette méthode, une référence nationale destinée à définir des débits de fuites de fluides frigorigènes se situant entre 1 g/an et 50 g/an a été conçu par le LNE et le CEP, avec le soutien de l'ADEME. Les phases de la conception sont présentées. En particulier, comme la méthode repose essentiellement sur la mesure d'une variation de concentration dans un volume à mesurer, le choix de la méthode de mesure de la variation de concentration et le choix de la méthode de mesure du volume d'accumulation ont été définies comme les étapes clés de la conception et sont argumentés. Une fois l'étude de conception achevée, la référence nationale a été réalisée et qualifiée. Le débit de fuite est calculé à partir de grandeurs différentes, à savoir la concentration, la pression, la température et le volume d'accumulation. La chaîne de mesure de ces grandeurs a donc été analysée afin d'estimer les modes opératoires et les incertitudes associées à l'estimation de chacune des grandeurs. Le budget d'incertitude du débit d'une fuite calibrée a finalement été établi. Une fois la traçabilité des débits de fuites frigorigènes assurée, le seuil de sensibilité des détecteurs frigorigènes peut être mesuré suivant les normes prévues telles que la norme européenne EN 14624 ou d'autres normes comme la norme SAE ou le projet de norme ASHRAE. Des études théoriques, phénoménologiques et expérimentales ont permis d'identifier les paramètres d'influence de la mesure du seuil de sensibilité et de conclure sur les précautions à prendre lors des essais. Enfin, une extension de l'étude a mis en évidence quelques précautions à prendre lors de détection sur site avec des détecteurs qualifiés.
    The European regulation n°842/2006 on May 17th 2006 relating to the refrigerant greenhouse gases defines the duties of the owners of these equipment. Thus, the owner of equipment confining more than 3 kg of refrigerant fluids must control periodically the tightness of their equipment. In France, the French order established on May 7th 2007 specifies that the leak tightness of the equipment containing refrigerant must be controlled by refrigerant leak detectors and room controllers whose sensibilities are respectively 5 g/yr and 10 µmol/mol. These sensibilities must be measured according to the European standard EN 14624. According to this standard, calibrated leaks between 1 and 50 g/yr are needed. Therefore, it is then necessary to get standard leaks in order to verify the leak flow rate measurements. As there is a measurement chain of helium leak flow rates, an inventory and an analysis of the main existing methods to measure gas leaks flow rates have been carried out. This study underlines that a new method to calibrate refrigerant leaks is required. Therefore, the Center for Energy and Processes (CEP) has developed an infrared method. It consists in measuring the accumulation of a tracer gas emitted by the refrigerant leak and diluted in an enclosed volume. Using this method, a primary standard to measure refrigerant leak flow rates : between 1and 50 g/yr - has been designed by the LNE and the CEP, with the support of ADEME. The design phases are presented. Particularly, as the method is mainly based on the concentration change measurement in a well-known accumulation volume, the choices of the concentration measurement and of the volume measurement methods have been identified as the key point of the design and they are explained. Once the design study is done, the primary standard has been realized and qualified. The leak flow rate is calculated from several quantities: concentration, pressure, temperature and the accumulation volume. The measurement chain of each quantity has been analyzed in order to determine the operating process to estimate the quantity value and its uncertainty. The combined uncertainty of a refrigerant leak flow rate has then been established. As the calibrated leak traceability is now ensured, the refrigerant detector sensitivity threshold can be measured according to the existing standards: the European standard EN 14624, the SAE standard and the ASHRAE standard project. Theoretical, phenomenological and experimental studies have been carried out in order to identified the influence parameter of the sensitivity threshold measurement. They conclude by defining the precautions to take during the measurements. Finally, the study has been extended to identify the precautions to take during a real detection in the industry
  • Éditeur: Paris : MINES ParisTech
  • Date de publication: 2009
  • Format: Un logiciel capable de lire un fichier au format PDF
  • Langue: Anglais
  • Source: Mines ParisTech (catalogue)

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