Le processus adiabatique est un phénomène que nous avons tous rencontré dès lors que nous réalisons des étalonnages en pression. Souvent, on ne s’en rend même pas compte et on pense simplement qu’il y a une fuite dans le système.
En bref, le processus adiabatique est un phénomène physique qui fait augmenter la température du milieu en pression quand on augmente la pression dans un système fermé. Dès qu’on arrête de pomper, la température du milieu diminue, ce qui entraîne une chute de pression, qui s’apparente donc fortement à une fuite dans le système.
Vous pouvez trouver de nombreuses explications mathématiques ou physiques détaillées et complexes du processus adiabatique sur internet. Mais bon, nous ne sommes ni des physiciens ni des mathématiciens, nous sommes des professionnels de la métrologie ! Par chance, je suis là pour vous expliquer tout cela simplement :-)
Dans cet article, je vais m’intéresser en détail au processus adiabatique, à la manière de le reconnaître et de l’éviter. Je commencerai par un peu de théorie nécessaire avant de plonger dans les aspects pratiques.
Si vous réalisez des étalonnages en pression, ne passez pas à côté de cet article !
Sommaire
- Qu’est-ce que le processus adiabatique ?
- Comment puis-je savoir s’il s’agit d’un processus adiabatique ou d’une fuite ?
- Comment éviter le processus adiabatique ?
- Milieu en pression
- Conclusion
- Les produits Beamex pour la génération de pression et la métrologie
Qu’est-ce que le processus adiabatique ?
Un processus adiabatique est une transformation thermodynamique dans laquelle il n’y a pas d’échange de chaleur entre le système et son environnement.
Dans le cas d’un gaz idéal subissant un processus adiabatique, la première loi de la thermodynamique s’applique. Il s’agit de la loi de conservation de l’énergie qui stipule que, bien que l’énergie puisse changer de forme, elle ne peut être ni créée ni détruite.
On se souvient qu’en cours de physique à l’école (enfin, certains d’entre nous s’en souviennent peut-être), on nous a enseigné une formule impliquant la pression, le volume et la température et la façon avec laquelle ces paramètres sont interdépendants. Vous vous en souvenez ?
La loi des gaz combinés stipule que la relation entre la pression (P), le volume (V) et la température absolue (T) est constante. La formule ressemble à ça :
Où :
- P = pression
- V = volume
- T = température absolue
- k = constante
OK, ça ne nous amène pas bien loin, mais laissez-moi poursuivre…
Quand on utilise la formule ci-dessus et que l’on compare le même système en pression dans des conditions différentes (à des pressions différentes), la loi peut être écrite de la façon suivante :
On peut considérer cette formule comme représentant notre système normal d’étalonnage en pression, ayant un volume fermé fixe. Les deux côtés de la formule ci-dessus représentent deux étapes différentes dans notre système : la première avec une plus basse pression et la deuxième avec une plus haute pression. Par exemple, le côté gauche (1) peut être notre système sans pression appliquée, et le côté droit (2) le même système mais quand on y a appliqué une haute pression.
En regardant la formule, on peut conclure que comme le volume du système d’étalonnage en pression reste identique, si la pression change, alors la température aussi doit changer. Ou, à l’inverse, si la température change, alors la pression va changer aussi.
L’image ci-dessous montre un système d’étalonnage en pression typique, avec une pompe d’étalonnage pneumatique, un flexible en T, l’instrument en pression à étalonner (1) et le calibrateur de pression (2).
Habituellement, le volume de notre système d’étalonnage en pression reste identique et on modifie la pression au fur et à mesure qu’on réalise les points d’étalonnage. Quand on modifie la pression (et que le volume reste identique) la température du milieu va changer. C’est la physique qui veut ça, il faut faire avec :-)
On peut facilement visualiser le processus adiabatique quand on augmente la pression rapidement avec notre pompe d’étalonnage manuelle, ce qui réchauffe le milieu (l’air). Une fois qu’on arrête de pomper, le milieu commence à refroidir, ce qui entraîne une chute de pression, d’abord rapide, puis plus lente avant de finalement se stabiliser. La chute de pression ressemble à une fuite dans le système.
Le même phénomène se produit quand la pression diminue : si on diminue la pression rapidement, le milieu se refroidit. Quand on arrête de diminuer la pression, le milieu commence à se réchauffer, ce qui entraîne une augmentation de la pression. Ça peut paraître étrange à première vue… Comment la pression peut-elle augmenter d’elle-même ? Bien sûr, la pression n’augmente pas beaucoup, mais suffisamment pour vous en rendre compte et vous demander ce qu’il se passe.
Ainsi, le processus adiabatique fonctionne dans les deux sens, aussi bien avec des pressions qui augmentent qu’avec des pressions qui diminuent.
Plus vous faites varier la pression rapidement, plus la température du milieu va changer, et plus l’effet observé va être important.
Si vous attendez un petit peu, la température du milieu en pression va se stabiliser à la température ambiante et les effets du processus adiabatique ne seront plus visibles.
C’est ce qu’il faut retenir de la transformation adiabatique.
Comment puis-je savoir s’il s’agit d’un processus adiabatique ou d’une fuite ?
La principale différence entre un processus adiabatique et une fuite, c’est que la chute de pression causée par le processus adiabatique est plus importante au début avant de ralentir puis de disparaître (stabilisation).
La chute de pression causée par une fuite est, quant à elle, linéaire et continue au même débit.
Le graphique ci-dessous illustre cette différence :
Sur l’illustration ci-dessus, vous pouvez visualiser comment la chute de pression causée par le processus adiabatique est d’abord rapide puis ralentit avant de se stabiliser (courbe rouge). La chute de pression causée par une fuite est quant à elle linéaire (droite bleue).
Comment éviter le processus adiabatique ?
Pressurisez lentement :
L’une des manières les plus faciles de minimiser les effets d’une transformation adiabatique, c’est de modifier la pression doucement. En faisant cela, vous donnez au milieu plus de temps pour atteindre la même température que son environnement, minimisant ainsi toute variation temporaire de température. Dans les faits, si vous augmentez la pression avec une pompe manuelle, et que vous procédez étape par étape en augmentant la pression, point d’étalonnage par point d’étalonnage, cela peut déjà être suffisamment lent pour éviter d’assister à un processus adiabatique.
Si vous pompez aussi vite que vous pouvez jusqu’à 20 bars (300 psi), alors vous allez très certainement voir les effets du processus adiabatique.
Attendez :
Après avoir ajusté la pression, laissez au système le temps de se stabiliser. Une minute ou deux devraient suffire. Cela permet à tout changement de température dans le milieu d’atteindre un équilibre avec les conditions ambiantes et à la pression de se stabiliser.
Milieu en pression
Vous pouvez aussi influer sur le processus adiabatique avec votre choix de media de pression. Dans la pratique, il n’est bien sûr pas toujours possible de changer le media. Votre pompe manuelle classique utilise l’air comme media. Pour des plus hautes pressions, vous pouvez utiliser une pompe hydraulique qui utilise comme media l’eau ou l’huile.
Les effets du processus adiabatique sont généralement plus importants dans l’air ou dans les pompes d’étalonnage utilisant un gaz que dans les pompes hydrauliques (à eau ou à huile).
Cela est principalement dû au fait que le gaz est beaucoup plus compressible, ainsi l’augmentation de la pression va pousser les molécules de gaz les unes contre les autres, et ce travail dans un gaz se transforme en énergie, entraînant de la chaleur. De plus, le gaz (ou l’air) possède une conductivité thermique plus faible que les liquides, donc il y a moins de chaleur dissipée dans les gaz.
Conclusion
Dans notre département services, on nous pose régulièrement des questions concernant la présence de fuites dans les pompes d’étalonnage pneumatique, alors que, dans la plupart des cas, c’est juste le processus adiabatique que les clients ont pris pour une fuite.
Ainsi, comprendre le processus adiabatique et son impact sur les pompes d’étalonnage pneumatique s’avère crucial pour bien diagnostiquer de potentiels problèmes. En modifiant la pression à un rythme modéré et en accordant un temps de stabilisation suffisant, vous pouvez obtenir des résultats plus précis et constants.
Les produits Beamex pour la génération de pression et la métrologie
Chez Beamex, nous sommes spécialisés dans l'étalonnage en pression avec par exemple : notre gamme de pompes d'étalonnage PG pour générer manuellement de la pression, la pompe électrique et générateur de pression ePG, le régulateur de pression automatique POC8 et également des calibrateurs de pression.
Nous avons également des logiciels de métrologie industrielle et une offre complète pour votre écosystème de gestion de la métrologie. Nous proposons également des services associés et des formations.
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